[发明专利]一种利用离子交换混合床增强脱盐电池性能的装置及方法

说明书

一种利用离子交换混合床增强脱盐电池性能的装置及方法，所述装置包括至少两个用于填充电解液的电极室、若干组并联且用于填充料液的料液室和至少两张隔膜，所述电极室包括至少一个电解液入口、至少一个电解液出口和至少一个电极，所述料液室为料液流经区域，包括至少一个料液入口和至少一个料液出口，至少一个料液室内填充离子交换混合床，离子交换混合床由阴离子交换剂和阳离子交换剂混合而成，料液室设于相邻两个电极室之间，隔膜分别设于料液室与料液室之间、料液室与电极室之间。所述离子交换混合床廉价、安全，可有效增强低盐度料液的离子导电性，从而降低脱盐电池能耗、提高脱盐速率及料液回收率，对于液流脱盐电池的推广应用具有实际意义。

技术领域

本发明属于电化学脱盐技术领域，具体涉及一种利用离子交换混合床增强脱盐电池性能的装置及方法。

背景技术

水资源短缺已成为全世界共同面对的难题。一方面，随着社会经济的不断发展，人类对水资源的需求日益增长，另一方面由于环境污染、全球气候变化导致的极端气候，淡水资源日渐短缺。全球有71%的面积被水覆盖，但人类实际可利用的淡水资源极其有限，将海水淡化利用已成为解决水危机的重要途径。目前常用的淡化技术包括反渗透、多级闪蒸、多效蒸发、电渗析等，但是存在给水预处理要求严格、二次污染、回收率低、结垢、能耗高、建设成本高、维护难度大等问题。因此需要更为环保、节能、回收率更高、便于维护的淡化技术。

脱盐电池是近年来发展起来的电化学脱盐技术，已有大量研究证实了其在海水淡化领域的可行性。脱盐电池在常温常压下工作，且进水预处理要求较低，降低了建设成本和维护成本。装置自身就是储能器件，在脱盐、浓缩过程中，伴随着能量的储存和释放，无需额外的能量回收装置即可回收大部分输入的电能，实现低能耗脱盐。其中，液流脱盐电池采用的流动式电极，相比于其他固态电极形式的脱盐电池具备脱盐率高、成本低、设备体积小等优势，更能满足实际应用需求。

从本质上看，脱盐电池的能耗和脱盐速率取决于其内阻，而对内阻影响较大的是海水盐度变化。在脱盐电池工作过程中，海水的浓缩过程是一个盐度上升，内阻下降的过程，有利于降低脱盐能耗；而在淡化过程中，海水盐度降低，内阻上升，会导致放电电压降低或充电电压上升，从而使脱盐能耗急剧上升、脱盐速率急剧下降，因此难以将出水溶解性总固体量降低至饮用水标准。此外，该问题还会导致脱盐率低、回收率低等问题。虽然减小充放电电流可以将出水盐度及脱盐能耗大幅减低，但是脱盐速率也会随之下降。因此，需要一种简单、廉价、有效的方法，提升脱盐电池在淡化过程中的脱盐速率，降低能耗。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种利用离子交换混合床增强脱盐电池性能的装置及方法，简单、有效地解决了料液盐度降低时电池内阻上升的问题，可大幅提高脱盐电池的脱盐速率、脱盐率，降低脱盐能耗，促进脱盐电池在脱盐淡化领域的实际应用。

技术方案：一种利用离子交换混合床增强脱盐电池性能的装置，包括至少两个用于填充电解液的电极室、若干组并联且用于填充料液的料液室和至少两张隔膜，所述电极室包括至少一个电解液入口、至少一个电解液出口和至少一个电极，所述料液室为料液流经区域，包括至少一个料液入口和至少一个料液出口，至少一个料液室内填充离子交换混合床，离子交换混合床由阴离子交换剂和阳离子交换剂混合而成，料液室设于相邻两个电极室之间，隔膜分别设于料液室与料液室之间、料液室与电极室之间，用于隔开电极室、料液室，并起离子选择透过作用。