專利名稱：一種處理低濃度離子溶液的電去離子的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理低濃度離子溶液的電去離子的方法及裝置，用于改進(jìn)電去離子系統(tǒng)性能，更具體的說(shuō)是涉及在電去離子的淡室內(nèi)陽(yáng)離子交換膜上附著有水解離催化齊U，提高淡室床層內(nèi)離子交換樹脂再生程度，以降低膜堆電壓和能耗，在較低的能耗下獲得較聞的尚子去除率。
背景技術(shù)：
在超純水制備領(lǐng)域，電去離子(簡(jiǎn)稱EDI)技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)的離子交換法成為技術(shù)主流。EDI是將離子交換樹脂填充在電滲析器的淡水室中，將離子交換與電滲析結(jié)合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低濃度離子深度脫除以及樹脂連續(xù)電再生的新型復(fù)合分離過(guò)程。相對(duì)電滲析技 木，EDI的淡室內(nèi)填充的離子交換樹脂避免了低濃度溶液帶來(lái)的電阻的増大；相對(duì)離子交換技木，EDI淡室中膜面的水解離產(chǎn)生了 H+和0H_，這使得淡室中離子交換樹脂得以再生，無(wú)需消耗額外的酸堿來(lái)再生離子交換樹脂。電去離子組件包括膜堆、電極和夾緊裝置，其中膜堆為核心部件，由若干個(gè)膜對(duì)組成，每個(gè)膜對(duì)含有濃室隔板、陽(yáng)離子交換膜、淡室隔板和陰離子交換膜。淡室內(nèi)離子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生電遷移，陽(yáng)離子向陽(yáng)離子交換膜遷移，陰離子向陰離子交換膜遷移。陰陽(yáng)離子在電場(chǎng)的作用下穿過(guò)離子交換膜進(jìn)入濃室，由此達(dá)到去離子目的，淡室出ロ處得到的是淡水，濃室出ロ處得到的是濃水。淡室中的陰陽(yáng)離子交換樹脂為陰陽(yáng)離子的傳遞提供了一個(gè)高電導(dǎo)率的通道。在淡室進(jìn)ロ位置，原水電導(dǎo)率較高，進(jìn)ロ附近的鹽型的樹脂起到了傳遞鹽離子的作用；在淡室出ロ位置，處理后的水的電導(dǎo)率降低為原水的1/5-1/20倍，鹽型的樹脂無(wú)法傳遞濃度極低的鹽離子，這需要再生的樹脂。和電滲析一祥，淡室內(nèi)陰陽(yáng)離子交換膜表面會(huì)形成濃差極化。當(dāng)濃差極化達(dá)到一定程度吋，陰陽(yáng)離子交換膜和離子交換樹脂表面會(huì)發(fā)生水解離。水解離產(chǎn)物H+和0H_在電場(chǎng)下發(fā)生電遷移，使得鹽型的樹脂再生。出口處再生的樹脂能使得鹽離子進(jìn)入樹脂相傳遞，從而增大鹽離子去除率，因此水解離是EDI深度去離子的必要條件，但是水解離的存在又能使得電流效率降低，水解離產(chǎn)物H+和0H—遷移了部分電流，這部分電流是不必要的。這就顯示出了 EDI中水解離的積極和消極的作用，EDI需要在較高的濃差極化下產(chǎn)生較多的水解離以再生離子交換樹脂來(lái)實(shí)現(xiàn)深度去離子，這使得EDI需在高膜堆電壓下工作，這導(dǎo)致了 EDI要在較高的膜堆電壓下才能實(shí)現(xiàn)深度去離子的目的。因此EDI目前的ー個(gè)主要的問(wèn)題是如何在較低的膜堆電壓下獲得較高的去除率。已進(jìn)行了一些嘗試，中國(guó)專利200780019555. 9公開了ー種技術(shù)方法和裝置，披露了通過(guò)接入電阻元件改變出口和進(jìn)ロ位置電流密度的偏差，該方法増加淡室的出口電阻，使得電流偏移到淡室進(jìn)ロ，從而使得進(jìn)ロ區(qū)域更多的鹽離子在電場(chǎng)下電遷移傳遞出淡室。但存在以下問(wèn)題(I)外加的電阻元件無(wú)疑變相的増加了膜堆總電阻，在達(dá)到同一離子去除率下，膜堆電壓増大，能耗増大；(2)在出口處加入的電阻實(shí)際上是通過(guò)阻礙離子的傳遞路徑實(shí)現(xiàn)電阻的功能，因此在實(shí)現(xiàn)電流偏移的同時(shí)，増大了離子傳遞的阻力，溶液中的鹽離子在傳遞時(shí)需繞過(guò)電阻元件從而傳遞出淡室?？傊?，該專利通過(guò)外加電阻的措施來(lái)改變床層進(jìn)ロ到出口的電流密度分布，起到了一定的偏移電流的作用，但是該方法帶來(lái)的負(fù)面影響較為突出，外加電阻元件會(huì)使得電去離子裝置的總電阻増大，能耗增大將抵消離子去除率的増大，同時(shí)外加電阻元件的存在阻礙了離子的傳遞路徑，也使得離子的去除率降低。美國(guó)專利No. 6，284，124 與 6，514，398 的裝置和中國(guó)專利 No. 200780019555. 9 的裝置思路相似，改進(jìn)之處在于在淡室離子交換樹脂床層中加入不導(dǎo)電的摻雜顆粒，摻雜顆粒將減小樹脂床層局部電導(dǎo)率，從而優(yōu)化進(jìn)ロ到出口樹脂床層的電阻和電導(dǎo)率分布，以改變電流密度的不均勻性，以提高整個(gè)床層的離子去除率。但是該方法同樣存在總電阻增大的問(wèn)題，同時(shí)，摻雜的顆粒內(nèi)沒(méi)有提供離子傳質(zhì)通道，阻礙了離子的傳質(zhì)，這兩方面同樣帶來(lái)能耗增大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有低濃度離子溶液(鹽離子、重金屬和類金屬離子)電去離子處理需要在高膜堆電壓下獲得較高的離子去除率的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種處理低濃度離子溶液的電去離子的方法，可靠、高效地在較低電流密度下獲得較高離子去除率的 電去離子(EDI)。本發(fā)明的另ー個(gè)目的在于提供一種處理低濃度離子溶液的電去離子的裝置，通過(guò)改變EDI淡室離子交換膜的膜面水解離劇烈程度而改變樹脂再生率，從而在較低的膜堆電壓下實(shí)現(xiàn)較高離子去除率。一種處理低濃度離子溶液的電去離子的裝置，是在陽(yáng)極和陰極之間設(shè)置兩組陰陽(yáng)離子交換膜組，每組陰陽(yáng)離子交換膜組由相對(duì)設(shè)置的一個(gè)陰離子交換膜和一個(gè)陽(yáng)離子交換膜組成，在相鄰的兩組陰陽(yáng)離子交換膜組之間形成濃室，每組陰陽(yáng)離子交換膜組之間形成淡室，則兩組陰陽(yáng)離子交換膜組分別形成第一淡室和第二淡室，淡室內(nèi)均填充有陰陽(yáng)離子交換樹脂床層，其特征在于在陽(yáng)離子交換膜上朝向淡室的一側(cè)附有水解離催化劑層。陽(yáng)離子交換膜上附著的催化劑的作用是對(duì)膜面的水解離進(jìn)行催化，加速水解離反應(yīng)，増大氫離子和氫氧根離子的產(chǎn)生量，實(shí)現(xiàn)在較低的膜堆電壓下產(chǎn)生較高程度的水解離。水解離產(chǎn)物使得樹脂床層再生程度提高，這使得離子去除程度増大?？梢酝ㄟ^(guò)改變催化劑的附著位置和面積來(lái)改變局部膜面水解離反應(yīng)的速率，可以通過(guò)改變床層陰陽(yáng)離子交換樹脂的填充比例和填充方式來(lái)改變膜面水解離反應(yīng)的分布，可容易的控制淡室床層內(nèi)水解離反應(yīng)的速率分布，進(jìn)而控制床層樹脂的再生程度，從而控制離子去除程度。一種處理低濃度離子溶液的電去離子的方法含有鹽離子的水從陰陽(yáng)離子交換膜構(gòu)成的第一淡室床層的進(jìn)ロ輸入，垂直流經(jīng)兩個(gè)相互串聯(lián)的第一、第二淡室后從出口輸出；在淡室施加垂直于水流流向的電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下，水中的鹽離子在構(gòu)成淡室的陰陽(yáng)離子交換樹脂間傳質(zhì)，并穿過(guò)離子交換膜進(jìn)入淡室，實(shí)現(xiàn)離子分離；在淡室床層進(jìn)ロ，鹽離子在鹽型的離子交換樹脂中傳質(zhì)，而在淡室床層出口位置，鹽離子的濃度遠(yuǎn)低于進(jìn)ロ位置，鹽離子需要在再生的樹脂中傳質(zhì)。上述所述水解離催化劑層可以是氫氧化鉻和氫氧化鎳的任ー種，較佳為氫氧化鎳。上述所述的水解離催化劑層僅分布在第二淡室的陽(yáng)離子交換膜上接近出口的40%-100%的范圍內(nèi)，且第一淡室內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為40-70% ;第二淡室內(nèi)附著催化劑的床層區(qū)域內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為30-60%，未附著催化劑床層區(qū)域內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為50-60% ；或者水解離催化劑層同時(shí)分布在第一和第二淡室的陽(yáng)離子交換膜上接近出口的20%-40%的范圍內(nèi)，附著催化劑的床層內(nèi)填充的陽(yáng)離子交換樹脂的比例為20%-40%，其他區(qū)域其比例為45%-60%。在陽(yáng)離子交換樹脂朝向淡室的一面涂覆水解離催化物質(zhì)，使得膜面水解離反應(yīng)速率増大，在較低的膜堆電壓下和較弱濃差極化條件，陰陽(yáng)離子交換膜的膜面也能水解離產(chǎn)生較多的Off和H+，OH-和H+在電場(chǎng)的作用下電遷移進(jìn)入淡室，使得陰陽(yáng)離子交換樹脂發(fā)生再生，從而使得樹脂床層再生程度増大。這就是使得更多鹽離子進(jìn)入高電導(dǎo)率的樹脂相傳 質(zhì)，穿過(guò)離子交換膜進(jìn)入濃室實(shí)現(xiàn)分離。本發(fā)明的有益效果是在淡室床層的入口處，鹽型的樹脂床層為低濃度離子提供了一個(gè)高電導(dǎo)率通道；在淡室床層的出口處，鹽型樹脂床層的作用較小，需要再生的樹脂為鹽離子的傳質(zhì)提供通道。較高的膜堆電壓使得淡室膜面產(chǎn)生了劇烈的濃差極化，劇烈的濃差極化使得膜面產(chǎn)生水解離。由于在陽(yáng)離子交換膜上附著ー層催化劑，水解離催化劑的存在使得在較低的膜堆電壓下，陽(yáng)離子交換膜的膜面也能水解離產(chǎn)生較多的Off，0H_在電場(chǎng)的作用下電遷移進(jìn)入淡室，使得陰離子交換樹脂發(fā)生再生。由于陰離子交換膜本身存在能催化水解離的基團(tuán)，陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜同時(shí)水解離分別產(chǎn)生Off和H+使得陰陽(yáng)離子交換樹脂再生，樹脂再生率的増大，使得陰陽(yáng)離子去除率也増大。在本發(fā)明中，陽(yáng)離子交換膜上水解離催化層的作用是使得陽(yáng)膜膜面在較低膜堆電壓和較弱濃差極化條件下，發(fā)生大量的水解離反應(yīng)。陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜同時(shí)水解離分別產(chǎn)生0H_和H+使得陰陽(yáng)樹脂再生，樹脂再生率的增大使得陰陽(yáng)離子去除率也増大，達(dá)到目標(biāo)去除率的同時(shí)降低膜堆電壓，同時(shí)降低能耗，減少處理成本。本發(fā)明采用的水解離催化劑為重金屬氫氧化物，其成本低廉，易獲得，催化劑在陽(yáng)離子交換膜表面附著性能較好，經(jīng)過(guò)數(shù)百小時(shí)的運(yùn)行，陽(yáng)離子交換膜表面催化劑無(wú)脫落無(wú)溶解，催化劑層的穩(wěn)定性較好，適合長(zhǎng)期運(yùn)行。


圖I是本發(fā)明方案的一級(jí)兩段電去離子裝置示意圖。圖2是本發(fā)明方案的ー級(jí)一段電去離子裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是表示陽(yáng)離子交換膜附著有催化劑的淡室局部放大圖。圖中1.陽(yáng)極；2.陰極；3.陽(yáng)離子交換膜；4.陰離子交換膜；5.催化劑層；6.第一淡室；7.弟_■淡室；8.濃室；9.陽(yáng)尚子交換樹脂；10.陰尚子交換樹脂；11.極室；12.淡室入口 ；13.淡室出口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。然而應(yīng)當(dāng)理解為這里并不限制本發(fā)明的范圍，得益于本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)人員，對(duì)本文所述發(fā)明特征做出的任何改變和進(jìn)ー步改進(jìn)，以及對(duì)本文所述本發(fā)明構(gòu)思的其他應(yīng)用，均屬于本發(fā)明范圍。圖I是本發(fā)明方案的一級(jí)兩段電去離子裝置示意圖。如圖I所示，是在陽(yáng)極I和陰極2之間設(shè)置兩組陰陽(yáng)離子交換膜組，每組陰陽(yáng)離子交換膜組由相對(duì)設(shè)置的一個(gè)陰離子交換膜和一個(gè)陽(yáng)離子交換膜組成，在相鄰的兩組陰陽(yáng)離子交換膜組之間形成濃室8，每組陰陽(yáng)離子交換膜組之間形成淡室。其中，臨近陰極2的一組陰陽(yáng)離子交換膜組內(nèi)形成第一淡室6，臨近陽(yáng)極I的一組陰陽(yáng)離子交換膜組內(nèi)形成第二淡室7。第一淡室6和第二淡室7內(nèi)填充有離子交換樹脂床層，陰陽(yáng)離子交換樹脂的填充比例為第一淡室6內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為40-70% ，第二淡室7內(nèi)附著催化劑的床層區(qū)域內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為30-60%，未附著催化劑床層區(qū)域內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為50-60%。原水從第一淡室6的入口 12輸入,從下自上垂直流過(guò)第一淡室6，然后從上面流入第二淡室7，然后從第二淡室7的出口 13流出。第一淡室6和第二淡室7之間形成串聯(lián)關(guān)系。在第二淡室7的陽(yáng)離 子交換膜3上接近出ロ的40%-100%的范圍內(nèi)附著水解離催化劑,第一淡室6的陽(yáng)離子交換膜3保持原樣。圖2是本發(fā)明方案的ー級(jí)一段電去離子裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，與圖I不同之處在于在第一淡室6和第二淡室7的陽(yáng)離子交換膜上接近出ロ 13的20%-40%的范圍內(nèi)附著水解離催化劑。第一淡室和第二淡室的填充方式一致，陰陽(yáng)離子交換樹脂的填充比例為附著催化劑的床層內(nèi)填充的陽(yáng)離子交換樹脂的比例為20%-40%，其他區(qū)域陽(yáng)離子交換樹脂的比例為45%-60%。在濃差極化增強(qiáng)到一定程度的時(shí)候，陰離子交換膜4的膜面本身含有水解離催化基團(tuán)，使得水解離加速，陽(yáng)離子交換膜3膜面附著的催化劑催化了膜面水解離，陽(yáng)離子交換膜3和陰離子交換膜4同時(shí)產(chǎn)生水解離。水解離過(guò)程如圖3所示。陽(yáng)離子交換膜3的界面水解離產(chǎn)生的0H_在電遷移下進(jìn)入淡室，陰離子交換膜4的水解離產(chǎn)生的H+在電遷移下進(jìn)入淡室，同時(shí)使得陽(yáng)離子交換樹脂9和陰離子交換樹脂10再生。陰陽(yáng)離子交換樹脂同時(shí)再生，使得陰陽(yáng)鹽離子的濃度同時(shí)達(dá)到深度去除，實(shí)現(xiàn)在較低的膜堆電壓下達(dá)到目標(biāo)去除率。實(shí)施例I該實(shí)例中，EDI裝置為ー級(jí)兩段，如圖I所示，電極之間有兩個(gè)淡室，ー個(gè)濃室，兩個(gè)極室。采用ニ氧化釕電極作為陽(yáng)極，采用不銹鋼電極作為陰扱。濃室和極室隔板的尺寸均為100 X 400 X 2mm,淡室隔板尺寸為100 X 400 X 5mm,膜有效面積為250cm2，采用國(guó)產(chǎn)均相陰陽(yáng)離子交換膜。在第二淡室7范圍內(nèi)的陽(yáng)離子交換膜上接近出口的60%的范圍內(nèi)附著的催化劑為氫氧化鉻，第一淡室6范圍內(nèi)的陽(yáng)離子交換膜上保持原樣。采用國(guó)產(chǎn)苯こ烯系強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，樹脂粒徑為O. 5mm。陰陽(yáng)離子交換樹脂的填充比例為第一淡室6內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為70%;第二淡室內(nèi)附著催化劑的床層區(qū)域內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為35%，其他區(qū)域比重為60%。進(jìn)入淡室和濃室的為預(yù)先配置的CuSO4原水,銅尚子質(zhì)量濃度為50mg/L, pH為6，濃室水循環(huán)進(jìn)出電去尚子系統(tǒng),極室是質(zhì)量濃度為500gm/L的Na2SO4溶液。原水流量為10L/h，濃室循環(huán)水流量為2L/h，極室循環(huán)水流量為2L/h。直流恒電位供電，膜堆工作電壓為20V。經(jīng)過(guò)24小時(shí)的運(yùn)行，電去離子淡室的銅離子濃度低于O. 08mg/Lo電去離子運(yùn)行500小時(shí)后銅離子濃度在O. lmg/L以下。500小時(shí)后使用原子力顯微鏡對(duì)膜面催化劑層進(jìn)行觀測(cè)，催化劑附著均勻程度和初始基本一致。為更清晰的說(shuō)明本實(shí)例進(jìn)行，將陽(yáng)離子交換膜附著催化物質(zhì)的電去離子系統(tǒng)和陽(yáng)離子交換膜沒(méi)有催化物質(zhì)的電去離子系統(tǒng)進(jìn)行比較，其他條件相同的情況下，陽(yáng)離子交換膜沒(méi)有附著水解離催化劑的電去離子裝置運(yùn)行24小時(shí)后，銅離子濃度在O. 22mg/L左右。在運(yùn)行24小時(shí)后，若要達(dá)到同樣的O. 08mg/L的去除程度，需要將膜堆工作電壓上調(diào)至32V左右。實(shí)施例2實(shí)施例2的裝置、循環(huán)流程和操作步驟等與實(shí)施例I基本相同，與實(shí)施例I不同之處在于在第二淡室的陽(yáng)離子交換膜上接近出ロ的60%的范圍內(nèi)附著的催化劑為氫氧化鎳。采用國(guó)產(chǎn)異相陰陽(yáng)離子交換膜。經(jīng)過(guò)24小時(shí)的運(yùn)行，電去離子淡室的出水銅離子濃度低于0.22mg/L。電去離子裝置運(yùn)行500小時(shí)后，去除能力正常，無(wú)下降趨勢(shì)。500小時(shí)后使用原子力顯微鏡對(duì)膜面催化劑層進(jìn)行觀測(cè)，催化劑附著均勻程度和初始一致。氫氧化鎳催化劑的效果稍差于氫氧化鉻。 實(shí)施例3實(shí)施例3的裝置和操作步驟與實(shí)施例I基本相同，與實(shí)施例I的不同之處在于EDI裝置為ー級(jí)一段，如圖2所示，原水流量為30L/h，在第一和第二淡室出口 35%長(zhǎng)度范圍內(nèi)陽(yáng)離子交換膜上附著的催化劑為氫氧化鉻。第一淡室和第二淡室中陰陽(yáng)離子交換樹脂的填充比例為，附著催化劑區(qū)域內(nèi)填充的陽(yáng)離子交換樹脂的比例為30%，其他區(qū)域其比例為60%ο經(jīng)過(guò)24小時(shí)的運(yùn)行，電去離子淡室的出水銅離子濃度低于4. 0mg/Lo經(jīng)過(guò)500小時(shí)的長(zhǎng)期運(yùn)行，電去離子的去除能力正常，無(wú)下降趨勢(shì)。電去離子裝置運(yùn)行500小時(shí)后使用原子力顯微鏡對(duì)膜面催化劑層進(jìn)行觀測(cè)，催化劑附著均勻程度和初始一致。ー級(jí)一段適合于需要較低去除程度的エ藝。實(shí)施例4實(shí)施例4的裝置、循環(huán)流程和操作步驟與實(shí)施例I基本相同，與實(shí)施例I的不同之處在于實(shí)施例4用于生產(chǎn)超純水，進(jìn)入淡室和濃室的為預(yù)先配置的NaCl原水，電導(dǎo)率為50μ s/cm。陰陽(yáng)離子交換樹脂的填充比例為第一淡室內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為40%，第二淡室內(nèi)催化劑區(qū)域陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為40%，其他區(qū)域比重為50%。過(guò)24小時(shí)的運(yùn)行，電去離子淡室出水的電導(dǎo)率低于O. 12 μ s/cm。電去離子運(yùn)行500小時(shí)后，去除能力正常，無(wú)下降趨勢(shì)。500小時(shí)后使用原子力顯微鏡對(duì)膜面催化劑層進(jìn)行觀測(cè)，催化劑附著均勻程度和初始一致。為更清晰的說(shuō)明本實(shí)例進(jìn)行，將陽(yáng)離子交換膜附著催化物質(zhì)的電去離子系統(tǒng)和陽(yáng)離子交換膜沒(méi)有催化物質(zhì)的電去離子系統(tǒng)進(jìn)行比較，其他條件相同的情況下，陽(yáng)離子交換膜沒(méi)有附著水解離催化劑的電去離子裝置運(yùn)行24小時(shí)后，電去離子淡室出水的電導(dǎo)率為O. 26 μ s/cm。在運(yùn)行24小時(shí)后，若要達(dá)到同樣的去除程度，需要將膜堆工作電壓上調(diào)至27V左右。實(shí)施例5至實(shí)施例8所采用的條件如表I所示表I
權(quán)利要求
1.一種用于處理低濃度離子溶液的電去離子裝置，是在陽(yáng)極和陰極之間設(shè)置兩組陰陽(yáng)離子交換膜組，每組陰陽(yáng)離子交換膜組由相對(duì)設(shè)置的一個(gè)陰離子交換膜和一個(gè)陽(yáng)離子交換膜組成，在相鄰的兩組陰陽(yáng)離子交換膜組之間形成濃室，每組陰陽(yáng)離子交換膜組之間形成淡室，則兩組陰陽(yáng)離子交換膜組分別形成第一淡室和第二淡室，其中第一淡室臨近含離子水的入口，第二淡室臨近出口，其特征在于在陽(yáng)離子交換膜上朝向淡室的一側(cè)附著有水解離催化劑層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于處理低濃度離子溶液的電去離子裝置，其特征在于其中所述的水解離催化層的材料為重金屬鉻和鎳的氫氧化物的一種或組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于處理低濃度離子溶液的電去離子裝置，其特征在于所述的水解離催化劑層僅分布在第二淡室的陽(yáng)離子交換膜上接近出口的40%-100%的范圍內(nèi)，且第一淡室內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為40-70%;第二淡室內(nèi)附著催化劑的床層區(qū)域內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為30-60%，未附著催化劑床層區(qū)域內(nèi)陽(yáng)離子交換樹脂所占比重為50-60% ； 或者水解離催化劑層同時(shí)分布在第一和第二淡室的陽(yáng)離子交換膜上接近出口的20%-40%的范圍內(nèi)，附著催化劑的床層內(nèi)填充的陽(yáng)離子交換樹脂的比例為20%-40%，其他區(qū)域其比例為45%-60%。
4.一種基于權(quán)利要求I所述的處理低濃度離子溶液的電去離子裝置的電去離子方法，其特征在于 含有鹽離子的水從陰陽(yáng)離子交換膜構(gòu)成的第一淡室床層的入口輸入，垂直流經(jīng)兩個(gè)相互串聯(lián)的第一、第二淡室后從出口輸出； 在淡室施加垂直于水流流向的電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下，水中的鹽離子在構(gòu)成淡室的陰陽(yáng)離子交換樹脂間傳質(zhì)，并穿過(guò)離子交換膜進(jìn)入淡室，實(shí)現(xiàn)離子分離；在陽(yáng)離子交換樹脂朝向淡室的一面涂覆水解離催化物質(zhì)，使得膜面水解離反應(yīng)速率增大，在較低的膜堆電壓下和較弱濃差極化條件，陰陽(yáng)離子交換膜的膜面水解離產(chǎn)生較多的Off和H+，OF和H+在電場(chǎng)的作用下電遷移進(jìn)入淡室，使得陰陽(yáng)離子交換樹脂發(fā)生再生，從而使得樹脂床層再生程度增大； 在淡室床層進(jìn)口，鹽離子在鹽型的離子交換樹脂中傳質(zhì)，而在淡室床層出口位置，鹽離子的濃度遠(yuǎn)低于進(jìn)口位置，鹽離子需要在再生的樹脂中傳質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種處理低濃度離子溶液的電去離子方法及裝置，屬于脫鹽和超純水處理技術(shù)。對(duì)電去離子裝置的陽(yáng)離子交換膜(3)朝向淡室的一側(cè)附著一層能催化水解離的物質(zhì)(5)，通過(guò)改變陽(yáng)離子交換膜(3)催化層(5)的附著位置、催化物質(zhì)的種類和淡室床層的樹脂填充比例，可容易地控制淡室內(nèi)樹脂的轉(zhuǎn)化程度，進(jìn)而控制鹽離子的去除程度。通過(guò)上述方式，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在較低的膜堆電壓下實(shí)現(xiàn)較高的樹脂再生程度，從而實(shí)現(xiàn)在較低的操作電壓下獲得較高的離子去除率。這一電去離子裝置能夠顯著降低膜堆電壓和降低能耗，從而降低運(yùn)行成本，在重金屬離子去除和超純水制取領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C02F1/469GK102745782SQ20121020614
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者朱佳, 陸君, 陸鴻飛 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)