本發(fā)明屬于純水制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電去離子裝置。

背景技術(shù)：

electrodeionization(edi即電去離子），是利用混合離子交換樹脂吸附給水中的陰陽離子，同時(shí)這些被吸附在離子交換樹脂上的離子在直流電的作用下分別通過陰陽離子交換膜而被除去的過程。目前電去離子裝置在純水及超純水制備領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其主要結(jié)構(gòu)包括加緊板、陽極室（含陽極）、陰極室（含陰極）以及位于陽極室和陰極室之間的一個(gè)或多個(gè)重復(fù)設(shè)置的濃水室和淡水室構(gòu)成。這些濃水室和淡水室通過交替布置的陰離子交換膜和陽離子交換膜而形成。填充于淡水室的為陰陽離子交換樹脂，這些樹脂可以分層裝填也可以混合裝填。

在離子遷移的過程中，淡水室的離子交換樹脂層、陰陽離子交換膜、濃水室等幾部分的電阻構(gòu)成了edi膜塊的內(nèi)電阻。離子交換樹脂的主要作用為：1、增加離子的橫向遷移速度；2、延緩離子的縱向遷移速度；3、增加淡水室的導(dǎo)電性；4、加速水的局部離解率；5、交換水中陰陽離子提高產(chǎn)水純度。為了提高濃水室的導(dǎo)電性，部分廠家采用濃水循環(huán)和濃水加鹽的方式提高濃水室的導(dǎo)電度，降低濃水室的電阻，降低模塊在運(yùn)行時(shí)的能耗。也有部分廠家采用在濃水室裝填樹脂的方式增加離子的橫向遷移速度提高濃水室的導(dǎo)電性，降低濃水室的電阻降低模塊在運(yùn)行時(shí)的能耗。這兩種方式都存在一定的問題，濃水循環(huán)和加鹽在提高濃水和極水的導(dǎo)電度的同時(shí)也導(dǎo)致氯離子在陽極析出導(dǎo)致離子交換膜和樹脂的氧化，降低設(shè)備的性能，并且濃水循環(huán)和濃水室加鹽帶來的工藝復(fù)雜，運(yùn)行控制要求高等問題。而在濃水室裝填樹脂雖然可以避免濃水循環(huán)和濃水室加鹽帶來的工藝復(fù)雜，運(yùn)行控制要求高等問題，但是濃水室裝填還存在樹脂裝填不均的問題，散落在隔板上的樹脂容易形成架橋現(xiàn)象，造成模塊漏水和竄水等問題，對(duì)模塊生產(chǎn)提出了更高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電去離子裝置，以解決目前已有的電去離子裝置存在的模塊整體內(nèi)電阻偏高，裝置運(yùn)行能耗高的問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種電去離子裝置，其包括：包括陽極室、陰極室、交替排列在陽極室和陰極室之間的淡水室和濃水室，淡水室分別通過陽離子交換膜和陰離子交換膜與相鄰的濃水室隔開，淡水室內(nèi)裝填有混床離子交換樹脂；所述陽離子交換膜為石墨烯改性陽離子交換膜，陰離子交換膜為石墨烯改性陰離子交換膜。

本發(fā)明如上所述的電去離子裝置，優(yōu)選的，所述濃水室、陽極室和陰極室中的至少一個(gè)內(nèi)裝填有至少一層石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)。

本發(fā)明如上所述的電去離子裝置，進(jìn)一步，石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)按照以下方法制備:將聚丙烯、石墨烯、偶聯(lián)劑進(jìn)行熱熔混煉、擠出造粒制成導(dǎo)電聚丙烯顆粒母料，石墨烯的添加量為聚丙烯的0.5wt%～1wt%；然后用導(dǎo)電母料與聚丙烯混合擠出拉絲制備導(dǎo)電聚丙烯絲線，利用導(dǎo)電聚丙烯絲線編織石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)。

本發(fā)明如上所述的電去離子裝置，優(yōu)選的，所述導(dǎo)電聚丙烯絲線的直徑為0.2～0.3mm，隔網(wǎng)編織形式為絞織，單層厚度在0.5～0.8mm，隔網(wǎng)的孔隙為20#～40#。

本發(fā)明如上所述的電去離子裝置，優(yōu)選的，石墨烯改性陽離子交換膜和石墨烯改性陽離子交換膜含有以下成分：聚丙烯樹脂、聚異丁烯、石墨烯粉、離子交換樹脂、尼龍網(wǎng)、顏料、硬脂酸鈣和偶聯(lián)劑。

更優(yōu)選的，各成分的重量份為：聚丙烯樹脂20～23、聚異丁烯4～6、石墨烯粉0.02～0.2、離子交換樹脂70～74、顏料0.02～0.05、硬脂酸鈣1.0～1.2、偶聯(lián)劑0.01～0.1。

本發(fā)明如上所述的電去離子裝置，優(yōu)選的，所述離子交換樹脂為陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂；所述聚丙烯樹脂為無規(guī)共聚物。

本發(fā)明如上所述的電去離子裝置，優(yōu)選的，陽離子交換樹脂為凝膠型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂；陰離子交換樹脂為凝膠型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。

本發(fā)明如上所述的電去離子裝置，優(yōu)選的，石墨烯為采用水合肼還原的氧化石墨烯，利用hummers法制備。

本發(fā)明如上所述的電去離子裝置，優(yōu)選的，所述石墨烯為2層～9層結(jié)構(gòu)的石墨烯。

本發(fā)明的有益效果是：

首先，利用石墨烯改性陽離子交換膜和石墨烯改性陰離子交換膜代替原有的離子交換膜，同時(shí)濃水室、陽極室和陰極室中的至少一個(gè)內(nèi)裝填有至少一層石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)，可以有效地提高離子交換膜和濃水室的導(dǎo)電性，降低電去離子模塊的內(nèi)電阻，其模塊運(yùn)行時(shí)內(nèi)電阻與其他同處理量的模塊相比，在運(yùn)行電流一致的條件下其運(yùn)行電壓僅為同等模塊運(yùn)行電壓的40%至60%，即模塊內(nèi)電阻僅為其他同規(guī)格模塊內(nèi)電阻的40%至60%。

其次，利用石墨烯改性聚丙烯隔網(wǎng)提高濃水室的導(dǎo)電性避免了由于濃水循環(huán)和濃水室加鹽帶來的工藝復(fù)雜，運(yùn)行控制要求高等問題。

第三，利用石墨烯改性聚丙烯隔網(wǎng)提高濃水室的導(dǎo)電性代替離子交換樹脂用于濃水室裝填，簡化了裝填的難度，提高了濃水室導(dǎo)電層的均勻性。

第四，該發(fā)明不僅可以用于低內(nèi)電阻電去離子模塊的生產(chǎn)，也可以用于原有電去離子模塊的維修改造，同時(shí)也可以用于電滲析產(chǎn)品的節(jié)能降耗。

本發(fā)明以石墨烯改性的低膜電阻陰、陽離子交換膜和石墨烯改性聚丙烯隔網(wǎng)為基礎(chǔ)，該發(fā)明可廣泛用于海水淡化、工業(yè)用軟水的制備、去離子純水及超純水的生產(chǎn)以及其他電驅(qū)動(dòng)的膜分離技術(shù)領(lǐng)域。

附圖說明

通過結(jié)合以下附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不限制本發(fā)明，其中：

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的電去離子裝置示意圖；

圖2為圖1的局部放大示意圖；

圖3為一種實(shí)施例的濃水室和石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)示意圖；

圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的淡水室和混床離子交換樹脂示意圖；

圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法示意圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1、陽極室，2、陰極室，3、淡水室，4、濃水室，5、石墨烯改性陽離子交換膜，6、石墨烯改性陰離子交換膜，7、混床離子交換樹脂，8、石墨烯改性聚丙烯塑料格網(wǎng)，9、陽極，10、陰極，11、端板，21、聚丙烯樹脂，22、石墨烯粉，23、密煉機(jī)，24、聚異丁烯，25、聚丙烯石墨烯混合物，26、陽離子交換樹脂，27、陰離子交換樹脂，28、磨機(jī)，29、振動(dòng)篩，210、壓延機(jī)，211、尼龍網(wǎng)，212、熱壓機(jī)，213、石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，214、顏料，215、硬脂酸鈣，216、偶聯(lián)劑。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的電去離子裝置的實(shí)施例。

在此記載的實(shí)施例為本發(fā)明的特定的具體實(shí)施方式，用于說明本發(fā)明的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的實(shí)施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請(qǐng)權(quán)利要求書和說明書所公開的內(nèi)容采用顯而易見的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對(duì)在此記載的實(shí)施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術(shù)方案。

本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發(fā)明的構(gòu)思，示意性地表示各部分的形狀及其相互關(guān)系。請(qǐng)注意，為了便于清楚地表現(xiàn)出本發(fā)明實(shí)施例的各部件的結(jié)構(gòu)，各附圖之間并未按照相同的比例繪制。相同的參考標(biāo)記用于表示相同的部分。

結(jié)合圖1-4說明本發(fā)明第一種實(shí)施例的電去離子裝置，其包括：包括陽極室1、陰極室2、交替排列在陽極室1和陰極室2之間的淡水室3和濃水室4，淡水室3分別通過陽離子交換膜和陰離子交換膜與相鄰的濃水室4隔開，淡水室3內(nèi)裝填有混床離子交換樹脂7；陽離子交換膜為石墨烯改性陽離子交換膜5，陰離子交換膜為石墨烯改性陰離子交換膜6。在圖1中還示出了位于陽極室1內(nèi)測(cè)的陽極9，和位于陰極室2內(nèi)測(cè)的陰極10，裝置兩邊由端板11夾緊固定。本發(fā)明有效降低了電去離子裝置的內(nèi)電阻，明顯降低了膜塊的運(yùn)行能耗。

結(jié)合圖1-4說明本發(fā)明二種實(shí)施例的電去離子裝置，其包括：包括陽極室1、陰極室2、交替排列在陽極室1和陰極室2之間的淡水室3和濃水室4，淡水室3分別通過陽離子交換膜和陰離子交換膜與相鄰的濃水室4隔開，淡水室3內(nèi)裝填有混床離子交換樹脂7；陽離子交換膜為石墨烯改性陽離子交換膜5，陰離子交換膜為石墨烯改性陰離子交換膜6。在圖1中還示出了位于陽極室1內(nèi)測(cè)的陽極9，和位于陰極室2內(nèi)測(cè)的陰極10。與上述實(shí)施例不同的是，濃水室4、陽極室1和陰極室2中的至少一個(gè)內(nèi)裝填有至少一層石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)8。

參見圖3所示，濃水室4內(nèi)裝填有兩層石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)，石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)的單層厚度為0，5～0.8mm。石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電格網(wǎng)為絞織，絲網(wǎng)的絲徑為0.2mm～0.3mm,其尺寸與濃室空腔的尺寸一致，其加工均采用沖床裁切或采用熱熔粘和。

本發(fā)明有效降低了電去離子裝置的內(nèi)電阻，顯著改善了濃水室、陰極室、陽極室的導(dǎo)電性，與濃水室裝填樹脂降低模塊電阻相比，簡化了裝填的難度，同時(shí)避免了由于濃水循環(huán)和濃水室加鹽帶來的工藝復(fù)雜，運(yùn)行控制要求高等問題，由于運(yùn)用石墨烯改性聚丙烯塑料格網(wǎng)提高了濃水室導(dǎo)電層的均勻性，兩種降低膜塊的內(nèi)電阻的應(yīng)用，明顯降低了膜塊的運(yùn)行能耗。該發(fā)明可以用于低內(nèi)電阻電去離子膜塊的生產(chǎn)，也可以用于原有電去離子膜塊的維修與改造，還能用于電滲析裝置的節(jié)能降耗改造。本發(fā)明以石墨烯改性陽離子交換膜、石墨烯改性陰離子交換膜和石墨烯改性聚丙烯隔網(wǎng)為基礎(chǔ)，可廣泛用于海水淡化、工業(yè)用軟水的制備、去離子純水及超純水的生產(chǎn)以及其他電驅(qū)動(dòng)的膜分離技術(shù)領(lǐng)域。

石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)的制備方法實(shí)施例1

導(dǎo)電隔網(wǎng)按照以下方法制備:將聚丙烯、石墨烯、偶聯(lián)劑進(jìn)行熱熔混煉、擠出造粒制成導(dǎo)電聚丙烯顆粒母料，石墨烯的添加量為聚丙烯的0.8wt%；然后用導(dǎo)電母料與聚丙烯混合擠出拉絲制備導(dǎo)電聚丙烯絲線，利用導(dǎo)電聚丙烯絲線編織石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)。導(dǎo)電聚丙烯絲線的直徑為0.25mm，隔網(wǎng)編織形式為絞織，單層厚度在0.6mm，隔網(wǎng)的孔隙為30#。偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑a172，偶聯(lián)劑相對(duì)聚丙烯的添加量為1wt%。

石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)的制備方法實(shí)施例2

導(dǎo)電隔網(wǎng)按照以下方法制備:將聚丙烯、石墨烯、偶聯(lián)劑進(jìn)行熱熔混煉、擠出造粒制成導(dǎo)電聚丙烯顆粒母料，石墨烯的添加量為聚丙烯的0.5wt%；然后用導(dǎo)電母料與聚丙烯混合擠出拉絲制備導(dǎo)電聚丙烯絲線，利用導(dǎo)電聚丙烯絲線編織石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)。導(dǎo)電聚丙烯絲線的直徑為0.3mm，隔網(wǎng)編織形式為絞織，單層厚度在0.5mm，隔網(wǎng)的孔隙為40#。偶聯(lián)劑為聚丙烯接枝馬來酸酐pp-mah，偶聯(lián)劑相對(duì)聚丙烯的添加量為5wt%。

石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)的制備方法實(shí)施例3

導(dǎo)電隔網(wǎng)按照以下方法制備:將聚丙烯、石墨烯、偶聯(lián)劑進(jìn)行熱熔混煉、擠出造粒制成導(dǎo)電聚丙烯顆粒母料，石墨烯的添加量為聚丙烯的1wt%；然后用導(dǎo)電母料與聚丙烯混合擠出拉絲制備導(dǎo)電聚丙烯絲線，利用導(dǎo)電聚丙烯絲線編織石墨烯改性聚丙烯導(dǎo)電隔網(wǎng)。導(dǎo)電聚丙烯絲線的直徑為0.2mm，隔網(wǎng)編織形式為絞織，單層厚度在0.8mm，隔網(wǎng)的孔隙為20#。偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑a172，偶聯(lián)劑相對(duì)聚丙烯的添加量為3wt%。

石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜實(shí)施例

在以下實(shí)施例中，

陽離子交換樹脂為凝膠型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂101x7；陰離子交換樹脂為凝膠型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂201x7，為上海羅門哈斯公司生產(chǎn)。

石墨烯為采用水合肼還原的氧化石墨烯，利用hummers法制備；石墨烯為2層～9層結(jié)構(gòu)的石墨烯，具體為滄州烯騰科技有限公司生產(chǎn)。

石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，其含有以下重量份的成分：聚丙烯樹脂23克、聚異丁烯4克、石墨烯粉0.2克、離子交換樹脂70克、硬脂酸鈣1.2克、偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑kh-a1720.01克。

石墨烯是目前世界上最薄(厚度只有一個(gè)碳原子厚)、但硬度最強(qiáng)的納米材料。石墨烯是呈蜂巢狀的二維平面薄膜結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是由碳原子以sp³雜化軌道組成，石墨烯所具有的特殊二維蜂巢狀平面結(jié)構(gòu)，使得它成為其它石墨材料的基本組成單元。石墨烯尺寸小、電子傳遞速度快、導(dǎo)電性好、硬度高等優(yōu)點(diǎn)。石墨烯的這些優(yōu)點(diǎn)使得石墨烯在高分子材料改性中的應(yīng)用成為可能。同時(shí)石墨烯本身化學(xué)穩(wěn)定性好，不溶于水，耐腐蝕在水環(huán)境中不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此石墨烯改性材料可以用于涉水材料及產(chǎn)品的應(yīng)用。

聚丙烯（polypropylene，簡稱pp）是一種半結(jié)晶的熱塑性塑料，不存在環(huán)境應(yīng)力開裂問題。無規(guī)聚丙烯的耐化學(xué)性能在水環(huán)境下不會(huì)發(fā)生應(yīng)力斷裂，以及對(duì)水和水蒸氣良好的阻隔效應(yīng)。

結(jié)合圖5說明石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)上述配方將所有的原料進(jìn)行稱量，將聚丙烯樹脂21與石墨烯粉22、偶聯(lián)劑216在密煉機(jī)23內(nèi)密煉混合均勻，得到聚丙烯石墨烯混合物25，密煉后的物料顏色均一，無石墨烯團(tuán)聚現(xiàn)象；

步驟2，步驟1所得物質(zhì)在雙輥混煉機(jī)218內(nèi)于140℃進(jìn)行混煉，物質(zhì)塑化完全后與與作為增柔劑的聚異丁烯24進(jìn)行熔融接枝制備導(dǎo)電聚丙烯樹脂；

步驟3，將制備離子交換膜所需的離子交換樹脂（陽離子交換樹脂26或陰離子交換樹脂27）在干燥器217內(nèi)干燥、利用磨機(jī)28粉碎再通過200目至400目振動(dòng)篩29篩分得到所需粒度的離子交換樹脂粉末；

步驟4，將導(dǎo)電聚丙烯樹脂、離子交換樹脂粉末、顏料214、硬脂酸鈣215混合均勻；

步驟5，將步驟4中混合好的物料在壓延機(jī)210上擠出壓片，片材厚度為0.2mm，將尼龍網(wǎng)211置于兩片片材中間在熱壓機(jī)212上熱壓合而得石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜213。優(yōu)選的，熱壓機(jī)的壓力為10mpa，熱壓進(jìn)行的時(shí)間為40min。

石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜符合以下指標(biāo)：離子交換膜的干膜厚度在0.4mm～0.6mm，水透過率小于0.15ml/h·cm²,陽膜交換容量（干）≥2.0mol/kg，陰膜交換容量（干）≥1.8mol/kg，爆破強(qiáng)度≥0.6mpa，尺寸變化率≤5%，熱穩(wěn)定性≤40℃，化學(xué)穩(wěn)定性ph范圍1～10、膜電阻小于5ω.cm²。

上述披露的各技術(shù)特征并不限于已披露的與其它特征的組合，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可根據(jù)發(fā)明之目的進(jìn)行各技術(shù)特征之間的其它組合，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的為準(zhǔn)。