[发明专利]法拉第多孔电池

说明书

申请人的法拉第多孔电池通过优化电极多孔性、所施加的E和甫尔拜操作区域将目标物种的吸附(物理和电容)和法拉第固定化组合。优化参数为(i)物理吸附；(ii)电容吸附；(iii)电化学pH调节；(iv)电化学过氧化物(H2O2)产生；(v)电沉积(例如，电镀、电泳沉积)；(vi)电化学氧化或还原；(vii)沉淀；(viii)孔口直径形态，和(ix)电极间距，和(xi)流过相对于流通相对于碳极电池设计。

发明背景

技术领域

本发明的领域为通过将所选的法拉第反应与碳电极孔口直径形态(pore mouthdiameter profiling，孔口直径轮廓，孔口直径谱，孔口直径分布)配对(pairing)，从溶液除去金属离子、卤化物离子(halide ion，卤素离子)、金属和卤化物的衍生物以及离子颗粒，例如，从水除去铅。

定义

“吸附”表示吸引输入流中的离子并将那些离子保留在电极表面上。

“凝集”表示通过以下中的一种或多种方式将金属离子、卤化物离子、金属或卤化物的衍生物或者颗粒金属从电池的输入流除去：(i)物理吸附；(ii)电容吸附；(iii)电化学pH调节和金属固定化；(iv)电化学过氧化物(H₂O₂)产生和金属氧化；(v)电沉积或电镀；(vi)电化学氧化或还原；(vii)沉淀；(viii)孔口直径形态(diameter profile，直径轮廓，直径谱，直径分布)，(ix)电极处理，(x)电极间距，和(xi)流过相对于流穿相对于碳极电池设计(flow-by vs.flow-through vs.carbon block cell design，流过相对于流穿相对于碳块电池设计)。

“BET表面积”表示通过Brunauer-Emmett-Teller法确定的表面积，所述方法是使用氮气，基于物理吸附来确定材料表面积的方法。

“穿透曲线”表示在固定吸附器出口处，馏出物的吸附浓度的过程。穿透曲线使得能够计算技术上可用的吸附能力。穿透曲线通常将目标物种浓度相对于处理体积作图。参见，例如，图14。

“碳块”是碳颗粒与聚合物结合成大块固体形式的挤出的碳材料。它通常用于脱氯和颗粒过滤器。在FPC中使用的碳极电池设计中，通常将一个或多个原始碳块中的每一个分成在FPC中电学分离的两半；将每个块的一半用作阳极，并且将每个块的另一半用作阴极。

“电容吸附”表示离子或其它带电物种由于电学吸引而在电极上的吸附。

“CCC”或“电容凝集电池”或“CCC装置”表示主要使用电容吸附从液体(通常水性)输入流中除去金属离子、金属衍生物或颗粒金属并产生金属、金属衍生物或颗粒含量低于政府规定限制的输出流的纯化电池。例如，US EPA将15ppb的铅含量规定为饮用水或灌溉用水的“干预水平(action level)”。

“CCC参数”表示CCC中用户选择的FPC参数。

“电池”通常表示暴露于输入流(流入物)的多个电极，其具有在操作期间用于输出流(流出物)的出口，附接至电极的短路开关或电源，控制电源和任何在流阀门的手动或计算机化装置，和监测电池运行的传感器以及与手动或计算机化控制装置的接口。电池可以任选地包括控制输入流和输出流的其它装置，例如，在电池运行期间选择不同的输出流收集容器或其它布置。不同于电容去离子电池，在操作期间FPC不使电极再生(也称为解吸)以产生解吸目标物种废物流；作为替代，更换FPC，包括CCC或EDC，例如，当输出流中的目标物种浓度超过用户选择的阈值时；可以指定除了输出流中的目标物种浓度以外的更换标准，例如，对于给定FPC通过流的总体积和某些反应副产物的存在。

“电荷电位(potential，电势)”表示施加于电池以实施工作的电压。