[发明专利]离子性物质去除系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及离子物质去除系统，更具体地，涉及使用涂覆有离子交换涂层的电极的电渗析和/或频繁倒极电渗析系统。

背景技术

利用电渗析(ED)和频繁倒极电渗析(EDR)分离溶液中的离子性物质是现有技术中所公知的。所述ED和EDR系统通常在跨越构成该系统的膜和间隔产生电场的端电极利用法拉第反应。法拉第反应是在电解槽中电极和电解液之间的反应。法拉第反应为电子输运过程。电子输运反应可由任一电极处发生的还原反应或氧化反应构成。化学物质在经过还原反应得到电子时称为被还原，而在经过氧化反应失去电子时称为被氧化。但是，已知的利用进行法拉第反应的电极的ED和EDR系统具有系统设计的复杂性、源于法拉第反应的腐蚀和在氢氧根产生阴极处的金属沉积导致的电极寿命短的缺点。另外，气体发出，即在阳极放出氧气和在阴极放出氢气，使得需要除去装置，从而增加了ED和/或EDR系统的复杂性和成本。

为解决上述问题，US2008057398A1提出了一种离子性物质去除系统，其包括电源、用于输送液体通过系统的泵、以及多个多孔电极，每个多孔电极包括导电多孔部分。通过使用多孔部分接触离子性电解液，当充电时电极的表观电容可非常大。当多孔电极用作负极时，电解液中的阳离子在静电力的作用被吸引到多孔电极的表面上。通过这种方式在电极/电解质界面处可形成双层电容器。也就是说，该离子性物质去除系统采用非法拉第过程，其为静电过程。非法拉第过程的静电特性意味着没有形成气体，因此在所述系统中无需除气装置。

但是，本发明人发现US2008057398A1中的离子性物质去除系统具有结垢的风险。当通过施加电压，多孔电极吸附一定数量的离子后，将进入静置阶段。这时，一些吸附的离子因为自放电而自动解吸附回到电解液中。在静置阶段后将所施加的电压反向的解吸附过程中，在吸附和解吸附时间相同，且由于上述自放电过程导致在多孔电极处的离子不足以完成解吸附过程的情况下，可发生水电解。当发生电解时，在带负电的电极处产生许多OH^-离子。当与负极相邻的溶液中有易于沉淀的阳离子如Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺时，在电极表面和溶液中产生沉淀，导致结垢。例如，反应如下。

2H₂O+2e-→2OH-+H₂

CO₂+2OH^-+Ca²⁺→CaCO₃+H₂O

因此，离子性物质去除系统仍需要改善。

发明内容

本发明涉及离子性物质去除系统，包括一个或多个电极组，每个电极组包括两个电极以及在所述两个电极之间交替布置的阳离子交换膜和阴离子交换膜，其中至少一个电极组的至少一个电极为涂覆有离子交换涂层的电极。

通过以下结合附图对本发明优选实施方案的描述，将更容易理解这些和其它优势和特征。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方案的电极组的示意图，具有涂覆有阴离子交换涂层的电极和涂覆有阳离子交换涂层的电极。

图2是根据本发明另一实施方案的电极组的示意图，仅具有涂覆有阴离子交换涂层的电极。

图3是根据本发明再一实施方案的电极组的示意图，仅具有涂覆有阳离子交换涂层的电极。

具体实施方式

在本发明的离子性物质去除系统中，至少一个电极组的至少一个电极为涂覆有离子交换涂层的电极。通过采用这样的涂覆有离子交换涂层的电极，能够减轻离子性物质去除系统的结垢风险。由于离子交换涂层包含许多具有溶液反离子的离子带电位，因此当如上所述，在电极处的离子的量不足以完成解吸附过程时，通过在离子交换涂层中的离子被释放出来以帮助完成解吸附过程，使电极上的过量电荷得到缓冲。这样，在离子性物质去除系统中的结垢风险会大大降低。

本发明的离子性物质去除系统可为电渗析(ED)系统，所述ED系统包括给水槽、给水泵、过滤器和一个或多个电极组。或者，本发明的离子性物质去除系统可为频繁倒极电渗析(EDR)系统，所述EDR系统包括成对的给水泵、成对的变频驱动器、成对的反向阀以及一个或多个电极组。下面将具体描述本发明的离子性物质去除系统中的电极组设计。对于本发明的离子性物质去除系统中的其它部件，可参见US2008057398A1，其在本文中全部引入作为参考。