[发明专利]阴极流动电极液、流动电极电容去离子装置及其应用

说明书

本发明公开了一种阴极流动电极液、流动电极电容去离子装置及其应用，该阴极流动电极液包括电解质、导电剂、氧化还原活性物质和溶剂。流动电极电容去离子装置的阴极流动电极室中含有上述的阴极流动电极液。本发明阴极流动电极液，通过加入氧化还原活性物质，能够降低能耗，提高电荷效率和去除效率，同时还能提高再生和稳定循环性能，具有成本低、能耗低、电荷效率高、稳定性能好等优点，是一种性能优异的新型阴极流动电极液，且作为阴极流动电极室中的流动电极液，能够显著提高流动电极电容去离子装置对各种水体的净化效果，使用价值高，应用前景好。

技术领域

本发明属于流动电容去离子化技术应用及水处理科学领域，涉及一种阴极流动电极液、流动电极电容去离子装置及其应用。

背景技术

水是生命之源，地球上的储水丰富，共计拥有14.5亿立方千米之多，表面72％面积被水覆盖，但淡水资源仅占总量水资源的0.5％，并且绝大部分淡水为极地冰雪冰川和地下水，适合人类使用的淡水资源仅为0.01％。如今，随着人口的增长，经济的快速发展，水资源短缺成为21世纪人类面临最大的问题之一，人们开始将目光投向海水。因此，寻找合适的方法处理海水/苦咸水以缓解淡水资源紧缺现状的重要性日益凸显。

流动电极电容去离子(FCDI)技术是近年来新兴的一种电化学技术，在电场的作用下，进水室中的带电离子定向迁移通过离子交换膜进入流动电极室，最终吸附在悬浮的碳颗粒上或者保留在流动电极的水相中，实现对水中带电离子的净化。因其电极制备简便、吸附容量大、可以进行连续的离子和高水回收率等优点，在苦咸水淡化技术中脱颖而出，受到人们的重视。相对于传统的电极电容去离子(CDI)技术，FCDI技术通过使用流动电极悬浮液来替代传统的固定电极提高了脱盐效果，但是由于流动电极浆料中悬浮的活性材料分散，存在不连续导电性，会导致集电器和流动电极之间的电荷转移效率低下。亦有研究证明增加碳含量或引入炭黑可促进电子传输，但是会导致流动电极的粘度相应增加，这可能会导致电极通道堵塞，因而很难保证反应器的稳定、长期、高效运行。因此，获得一种成本低、能耗低、电荷效率高、稳定性能好的阴极流动电极液以及与之相匹配的脱盐效率高、脱盐效果好、运行稳定、无二次污染的流动电极电容去离子装置，对于低成本、高效处理海水/苦咸水及其他含盐水体具有十分重要的意义。

发明内容

发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本、低能耗、电荷效率高、稳定性能好的阴极流动电极液，还提供了一种与之相匹配的脱盐效率高、脱盐效果好、运行稳定、无二次污染的流动电极电容去离子装置及其应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种阴极流动电极液，所述阴极流动电极液包括电解质、导电剂、氧化还原活性物质和溶剂。

上述的阴极流动电极液，进一步改进的，所述阴极流动电极液中氧化还原活性物质的浓度≤12mM。

上述的阴极流动电极液，进一步改进的，所述阴极流动电极液中氧化还原活性物质的浓度为3mM～12mM。

上述的阴极流动电极液，进一步改进的，所述氧化还原活性物质为KI₃、VCl₂、亚铁氰化钾中的至少一种。

上述的阴极流动电极液，进一步改进的，所述阴极流动电极液中电解质的浓度为1000mg/L；所述电解质为氯化钾和/或氯化钠。

上述的阴极流动电极液，进一步改进的，所述阴极流动电极液中导电剂的浓度为60g/L；所述导电剂为活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；所述活性炭的目数为100目。

上述的阴极流动电极液，进一步改进的，所述阴极流动电极液中溶剂为水。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种流动电极电容去离子装置，包括阳极流动电极室、进水室和阴极流动电极室，所述阴极流动电极室中含有如上述的阴极流动电极液。