[发明专利]电容脱盐装置

说明书

技术领域

本发明是关于一种脱盐装置，特别是一种电容脱盐装置。

背景技术

由于水资源与能源的匮乏，低耗能的水回收再利用技术已逐渐成为水科技发展所追求的目标。同时，为了降低长途运输水的能量与漏水等不必要的损耗，小型的处理技术，例如分布式处理(decentralization)已逐渐成为发展的重点。

水处理的技术会依据水源的差异而有相对应的处理方法。以海水淡化技术来说，目前最广为使用的就是热处理与逆渗透。然而在内陆地区，由于海水不易取得，因而无法通过海水淡化来供水，因此必须针对内陆地区可取得的水源进行相关的水处理以回收再利用。大部分的内陆地区是以雨水为主要水源，这样的水源相对于海水来说所含的盐分并不高。举例而言，地下水的总溶解固体约为10³毫克/升(mg/L)，而海水的总溶解固体大于10⁴mg/L。相比之下，内陆地区的水源多为半咸水(brackish water)。

目前而言，逆渗透是处理半咸水的主流方法。然而，电容脱盐技术(capacitive deionization，CDI)被誉为最有机会取代逆渗透成为处理半咸水的主要技术。由于使用电容脱盐技术处理半咸水时，每吨水所需的能量比逆渗透少，再加上使用电容脱盐技术处理半咸水时，水流与电极平行，因而相比于逆渗透较不易发生阻塞的问题，进而在材料的使用寿命上也比逆渗透长。此外，电容脱盐技术的能量回收比逆渗透容易，构造也比逆渗透简单，并且使用电容脱盐的装置还可做成移动式处理单元。这些因素都使得电容脱盐技术在价格上与应用上都比逆渗透有竞争优势。

最早使用电容脱盐的原形机组是在1998年由Capacitive Deionization Technology^TM(CDT)所制造。十几年来，这些电容脱盐技术的原型机一直停留在示范阶段。其原因在于这些电容脱盐技术的原型机的产水量以及效率较低。以CDT的示范厂为例，其诺大的机组的产水量只有0.65吨/日，且其电容脱盐容量只有不到20％的比例用在提供质量好的出流水。

为了提高产水量，学术界普遍认为应该要提高电极的电吸附能力，也就是电容脱盐能力。一般而言，为了提升电极的电容脱盐能力，会使用具有较高比表面积的电极。然而，近年来科学家们发现电容脱盐的效率跟比表面积并没有绝对的正相关。因此，如何提升电极的电容脱盐能力仍然是设计人员需要解决的问题。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明是关于一种电容脱盐装置，借以提升电容脱盐技术中电极的电容脱盐能力。

本发明实施例所揭露的电容脱盐装置，包含一流道以及至少一电极模块。流道具有相对的一进流端以及一出流端。电极模块位于流道，且具有多个孔洞。其中，电极模块邻近于进流端的孔洞的平均孔洞半径小于电极模块邻近于出流端的孔洞的平均孔洞半径。

根据上述本发明实施例所揭露的电容脱盐装置，由于是通过电极模块中具有较小平均孔洞半径的部分来对具有较高盐度的溶液进行电容脱盐，并且通过电极模块中具有较大平均孔洞半径的部分来对具有较低盐度的溶液进行电容脱盐。借此，使电极模块的平均孔洞半径配合电解质的电双层厚度。因此，虽然溶液会因为盐度降低而使得溶液中的电解质的电双层厚度增加，然而由于也随之提高了电极模块的平均孔洞半径，因此可维持电极模块中可用以进行电容脱盐的表面积，而可维持电极模块的电容脱盐能力，并进而提升了电容脱盐装置的整体电容脱盐效率。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的专利保护范围更进一步的解释。

附图说明

「图1A」为本发明一实施例所揭露的电容脱盐装置的示意图。

「图1B」为「图1A」的第一电极模块的示意图。

「图1C」为「图1A」的第二电极模块的示意图。

「图1D」为「图1B」的第一电极板的示意图。

「图1E」为本发明另一实施例的第一电极板的示意图。

「图1F」为本发明另一实施例的第一电极模块的示意图。

「图1G」为本发明另一实施例的第一电极模块的示意图。

「图2A」为本发明另一实施例所揭露的电容脱盐装置的示意图。

「图2B」为通过电容脱盐装置的液体的导电度与时间的关系图。

「图3」为本发明另一实施例所揭露的电容脱盐装置的示意图。

「图4A」为本发明另一实施例所揭露的电容脱盐装置的示意图。