[发明专利]包括离子交换隔离物的电去离子装置的组装方法

说明书

技术领域

本发明涉及电去离子装置、及其组成部件和用于组装电去离子装置的方法。

发明背景

电去离子(EDI)是一种众所周知的用于采用电位驱动离子穿过离子选择膜而去除液体中的可电离物质的过程。图1图示了在10处的典型板框构造的EDI装置的理想视图，该EDI装置包括交替设置的半渗透性带正电荷的阴离子交换膜“AEM”(12)和带负电荷的阳离子交换膜“CEM”(14)，这两种薄膜位于相对的阳极(16)和阴极(18)之间并由在两种膜之间限定出流体通道的室隔开。多孔隔离物(spacer)通常位于室中以保持间隔并促进液体从其间流过。在运行期间，当液体进料流过(由向上的箭头表示)室时在该装置上施加横向直流电场，使得进料液体中的离子被拉向其相应的对电极。具体地，流过以面对带正电荷的阳极(16)的AEM(12)和面对带负电荷的阴极(18)的CEM(14)为界限的“稀释”室(20、20′、20)的液体中的离子被贫化。流过以面对阴极的AEM(12)和面对阳极(16)的CEM(14)为界限的“浓缩”室(22、22′、22、22′″)的液体有效捕获从相邻稀释室引出的离子。从浓缩室离开装置(10)的液体称为“浓缩液”或“透余物(reject)”并且具有相对较高浓度的离子物质，而离开稀释室的液体称为“稀释液”或“渗透液”并且具有相对较低浓度的离子物质。一个或多个室中可充填离子交换介质(24)以促进离子传输。适用的离子交换介质的示例包括呈颗粒形式(例如，粒状、纤维或珠状)的多孔或凝胶状离子交换树脂。室可包含单一类型的离子交换树脂或包含阳离子(26)和阴离子(28)交换树脂的混合物，阳离子和阴离子交换树脂以多种布置方式提供，例如，如US2007/0051684中描述的随机设置或带状布置。

已使用多种技术用离子交换树脂来填充EDI装置的室。例如，USP5066375、USP5120416、USP5203976、USP7094325和USP2004/073535中描述了将浆状离子交换树脂引入预形成室中。在可替代的方法中，离子交换树脂可粘附在隔片上或保持在隔离物状的隔离物套中，该隔离物套在形成室时置于薄膜之间。隔离物通常包括非编织网或编织网、网格或网屏材料，如USP7591933和USP6881336中所述。USP3271292描述了一种类似的使用隔片的方法，所述隔片包括结合在树脂基质中的离子交换纤维。还在另一实施方式中，隔离物状的隔离物支撑架支撑稀释室中的离子交换树脂，如USP7097753所述。

这些已知的用于将离子交换树脂引入EDI装置中的技术具有几个缺点。涉及引入浆状混合物的技术是费时的且需要使用特定装备。而且，离子交换堆积密度在不同的室中不相同。此外，难以实现不同离子交换树脂的多层或带状布置。尽管使用包含离子交换树脂的预形成隔离物或隔离物套解决了这些缺陷中的许多缺陷，但是这些技术需要引入额外的隔离物材料，其通过作为局部绝缘体会增加体积并制约离子传输。

发明概述

本发明包括电去离子装置、离子交换隔离物和用于组装电去离子装置的方法，所述方法包括提供以顺序布置的阳极、膜电池组件和阴极，其中，所述膜电池组件包括至少一种如下的顺序布置：阳离子交换膜、浓缩室、阴离子交换膜、稀释室、阳离子交换膜、浓缩室和阴离子交换膜。本发明包括在所述膜电池组件的至少一个室中提供离子交换隔离物的步骤，所述离子交换隔离物包括离子交换树脂和可溶性粘合剂。描述了许多不同实施方式。

附图说明

参照详细说明和附图可更好地理解本发明和多种实施方式。提供附图是为了便于说明，附图不一定是按比例绘制而成。在这些部分中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1是板框构造的EDI装置的理想正视图。

图2(a)是包括离子交换树脂的理想离子交换隔离物的一个实施方式的透视图，该离子交换树脂以随机模式设置在可溶性粘合剂中。

图2(b)是包括离子交换树脂的离子交换隔离物的另一实施例方式的透视图，该离子交换树脂以带状模式设置在可溶性粘合剂中。

图2(c)是图2(a)所示离子交换隔离物的正视图。

图3是螺旋缠绕构造的EDI装置的部分剖面透视图。

图4是部分制得的离子交换隔离物的理想化实施方式的透视图。

发明详述