CN108689458A - 一种连续电吸附能量回收***及方法 - Google Patents

一种连续电吸附能量回收***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种连续电吸附能量回收***及方法，包括：第一集电极、第一隔板、第一阻挡材料、第二隔板、第二阻挡材料、第三隔板、第三阻挡材料、第四隔板，以及第二集电极；第一集电极与第一阻挡材料间通过第一隔板形成第一电极仓室，第三阻挡材料与第二集电极间通过第四隔板形成第三液流通道；包括：第三集电极、第五隔板、第四阻挡材料、第六隔板，以及第四集电极；第三集电极与第四阻挡材料间通过第五隔板形成第二电极仓室，第四阻挡材料与第四集电极间通过第六隔板形成再生液室；第四集电极与第二集电极电连接，第三集电极与第四集电极之间跨接有能量回收负载装置；第一电极仓室与第二电极仓室物理导通，再生液室与第三液流通道物理导通。

Description

一种连续电吸附能量回收***及方法
【技术领域】
本发明涉及液体分离处理领域，尤其是一种连续电吸附能量回收***及方法。
【背景技术】
传统的电吸附装置采用集电极、固体电吸附电极、隔网和/或离子阻挡层组成，其中电吸附电极是固体形式。固体电极的特点是导电性好，吸附能效比高。然而，由于电吸附工作过程是一个暂态过程，在电极的长度方向上电极的吸附饱和程度是成一定分布的。如图1所示，在电吸附组件中，位于入液口附近的电极会在第一时间吸附达到饱和状态，此时这部分电极将不再继续吸附工作，而是处于闲置状态，需等到整个电极吸附饱和也即该次工作周期结束时才能与整块电极一起进行再生脱附。因此，从整体上来讲，采用固体电吸附电极进行电吸附工作时，有相当一部分电极及其它辅助材料是没有得到充分利用的。于此同时，与该部分电极相配的所有辅助材料例如集电极、离子阻挡材料、隔网等，也相应得不到充分利用。这样就使得电吸附装置的投资成本居高不下，难以在实际应用中得到广泛推广。
【发明内容】
本发明提供了一种连续电吸附能量回收***及方法，用以解决现有技术中有相当一部分电极及其它辅助材料没有得到充分利用的问题。
本发明的一种连续电吸附能量回收***，包括：连续电吸附单元与能量回收单元；所述的连续电吸附单元呈叠层结构，依次包括：第一集电极、第一隔板、第一阻挡材料、第二隔板、第二阻挡材料、第三隔板、第三阻挡材料、第四隔板，以及第二集电极；并且，所述第一阻挡材料与第三阻挡材料极性相同，所述第一阻挡材料与第二阻挡材料极性相反；所述第一集电极与第一阻挡材料间通过第一隔板形成第一电极仓室，所述第一阻挡材料与第二阻挡材料间通过第二隔板形成第一液流通道，所述第二阻挡材料与第三阻挡材料间通过第三隔板形成第二液流通道，所述第三阻挡材料与第二集电极间通过第四隔板形成第三液流通道；所述的能量回收单元呈叠层结构，依次包括：第三集电极、第五隔板、第四阻挡材料、第六隔板，以及第四集电极；并且，所述第四阻挡材料与第一阻挡材料极性相同；所述第三集电极与第四阻挡材料间通过第五隔板形成第二电极仓室，所述第四阻挡材料与第四集电极间通过第六隔板形成再生液室；所述第四集电极与第二集电极电连接，以及在所述第三集电极与第四集电极之间跨接有能量回收负载装置；所述第一电极仓室与第二电极仓室物理导通，所述再生液室与第三液流通道物理导通。
其中，在所述第一电极仓室与第二电极仓室之间还包括：断流环节装置；所述第一电极仓室经由断流环节装置与第二电极仓室物理导通。
其中，连续电吸附能量回收***进行电吸附工作时，在所述第一电极仓室中注入液态电极；所述的液态电极由基液、电极颗粒以及助剂组成。
其中，所述的第一阻挡材料是离子阻挡材料或多孔材料，所述的第二阻挡材料是离子阻挡材料或多孔材料，所述的第三阻挡材料是离子阻挡材料或多孔材料，以及所述的第四阻挡材料是离子阻挡材料或多孔材料。
本发明的一种连续电吸附及能量回收方法，包括下列步骤：S1、将液态电极输送进入第一电极仓室，将待处理原液输送进入第一液流通道，将待处理的其它来源液输送进入第二液流通道；S2、在第一集电极和第二集电极之间加直流电场；S3、第一液流通道中的液中离子通过第一阻挡材料进入第一电极仓室，与前述离子相对的反向离子通过第二阻挡材料进入第二液流通道，进而得到第一液流通道的除盐产品液；S4、从第一电极仓室流出的液态电极进入第二电极仓室；S5、在电极极性的作用下，液态电极得以脱附，并且在直流电场的作用下，所述脱附的离子通过第四阻挡材料进入再生液室；以及所施加的电能被能量回收负载装置回收利用；S6、再生液室中的液体进入第三液流通道，并且在直流电场的作用下，上述脱附的离子通过第三阻挡材料进入第二液流通道，形成浓液排出；采用上述的连续电吸附能量回收***实施。
本发明的连续电吸附能量回收***及方法，可以通过调节液态电极的流速来控制液态电极在仓室中的停留时间，可以实现电极在饱和后立即进行再生，而不需要等待其他电极达到饱和，因此，所有的电极材料及辅助材料将得到充分的利用，大大降低电吸附装置的投资。并且还可回收利用部分能量，进一步降低运行成本。
【附图说明】
图1是现有技术的电吸附装置吸附饱和程度的分布示意图；
图2是本发明实施例1的***结构示意图
图3是本发明实施例1的***刨面示意图；
图4是本发明实施例2的方法流程图。
【具体实施方式】
发明人经过研究发现，可以通过采用液态电极进行连续电吸附解决上述技术问题。液态电极由基液、电极颗粒以及助剂等组成。通常以水或极性液体为基液，碳材料或其它导电材料颗粒为电极颗粒，表面活性剂或分散剂为助剂，炭黑等材料作为导电助剂。所用碳材料具有高的比表面积，发达的内部孔隙结构，良好的导电性能，通常可采用石墨烯、纳米碳管、活性碳、碳气凝胶、模板碳等。颗粒的形态和大小需有利于其在基液中形成稳定的浆状流体。基于上述液态电极，提供了连续电吸附装置及方法，以下通过实施例详细说明。
实施例1、本实施例的连续电吸附能量回收***，参见图2、3所示，包括：连续电吸附单元1与能量回收单元2，优选还包括断流环节装置3。
连续电吸附单元1呈叠层结构，依次包括：第一集电极101、第一隔板102、第一阻挡材料103、第二隔板104、第二阻挡材料105、第三隔板106、第三阻挡材料107、第四隔板108，以及第二集电极109；并且第一阻挡材料103与第三阻挡材料107极性相同，第一阻挡材料103与第二阻挡材料105极性相反，也即第三阻挡材料107与第二阻挡材料105极性相反。第一阻挡材料103是离子阻挡材料或多孔材料，第二阻挡材料105是离子阻挡材料或多孔材料，第三阻挡材料107是离子阻挡材料或多孔材料。
基于上述呈叠层结构，第一集电极101与第一阻挡材料103间通过第一隔板102形成第一电极仓室110，在具体实现中，第一隔板102可以是框型，第一集电极101与第一阻挡材料103均为板型，进而形成第一电极仓室110，后续以此类推，不再赘述；第一阻挡材料103与第二阻挡材料105间通过第二隔板104形成第一液流通道111；第二阻挡材料105与第三阻挡材料107间通过第三隔板106形成第二液流通道112；第三阻挡材料107与第二集电极109间通过第四隔板108形成第三液流通道113。第一电极仓室110具有第一电极仓室入口1101和第一电极仓室出口1102，第一液流通道111具有第一液流通道入口1111和第一液流通道出口1112，第二液流通道112具有第二液流通道入口1121和第二液流通道出口1122，第三液流通道113具有第三液流通道入口1131和第三液流通道出口1132。
能量回收单元2呈叠层结构，依次包括：第三集电极201、第五隔板202、第四阻挡材料203、第六隔板204，以及第四集电极205；并且，第四阻挡材料203与第一阻挡材料103极性相同。第四阻挡材料203是离子阻挡材料或多孔材料。
基于上述呈叠层结构，第三集电极201与第四阻挡材料203间通过第五隔板202形成第二电极仓室206，第四阻挡材料203与第四集电极205间通过第六隔板204形成再生液室207。第二电极仓室206具有第二电极仓室入口2061和第二电极仓室出口2062，再生液室207具有再生液室入口2071和再生液室出口2072。
第四集电极205与第二集电极109电连接，以及在第三集电极201与第四集电极205之间跨接有能量回收负载装置208；
第一电极仓110的第一电极仓室出口1102室与第二电极仓室206的第二电极仓室入口2061物理导通，再生液室207的再生液室出口2072与第三液流通道113的第三液流通道入口1131物理导通。
另外，优选的在第一电极仓室110与第二电极仓室206之间增加断流环节装置3。即第一电极仓室110经由断流环节装置3与第二电极仓室206物理导通。
在具体实施过程中，液态电极通过泵从第一电极仓室入口1101输送到第一电极仓室110，待处理的原液通过泵从第一液流通道入口1111输送到第一液流通道111，待处理或其它来源的液通过泵从第二液流通道入口1121输送到第二液流通道112。第一液流通道111中的液中离子在第一集电极101和第二集电极109之间所加直流电场作用下，通过第一阻挡材料103进入第一电极仓室110，与其相对的反向离子通过第二阻挡材料105进入第二液流通道112，在第一液流通道111的出口1112得到除盐产品液。从第一电极仓室110的第一电极仓室出口1102流出的液态电极在经过断流环节装置3后，从第二电极仓室入口2061进入第二电极仓室206。在电极极性的作用下，液态电极得以脱附，并且在直流电场的作用下，所述脱附的离子通过第四阻挡材料203进入再生液室207，并且所施加的电能被能量回收负载装置208回收利用。再生液室207中的液体通过泵，从再生液室出口2072输送到第三液流通道入口1131进入第三液流通道113，并且在直流电场的作用下，上述脱附的离子通过第三阻挡材料107进入第二液流通道112，形成浓液排出。
实施例2、本实施例的连续电吸附及能量回收方法，采用上述实施例1的连续电吸附能量回收***实施，参见图4所示，包括下列主要步骤：
S301、将液态电极输送进入第一电极仓室，将待处理原液输送进入第一液流通道，将待处理的其它来源液输送进入第二液流通道。
S302、在第一集电极和第二集电极之间加直流电场。
S303、第一液流通道中的液中离子通过第一阻挡材料进入第一电极仓室，与前述离子相对的反向离子通过第二阻挡材料进入第二液流通道，进而得到第一液流通道的除盐产品液。
S304、从第一电极仓室流出的液态电极进入第二电极仓室。
S305、在电极极性的作用下，液态电极得以脱附，并且在直流电场的作用下，所述脱附的离子通过第四阻挡材料进入再生液室；以及所施加的电能被能量回收负载装置回收利用。
S306、再生液室中的液体进入第三液流通道，并且在直流电场的作用下，上述脱附的离子通过第三阻挡材料进入第二液流通道，形成浓液排出。
由于可以通过调节液态电极的流速来控制液态电极在仓室中的停留时间，可以实现电极在饱和后立即进行再生，而不需要等待其他电极达到饱和，因此，所有的电极材料及辅助材料将得到充分的利用，大大降低电吸附装置的投资。本实施例的***可一并再生还原液态电极，便于液态电极的重复利用，并且还可回收利用部分电能，进一步降低运行成本。
这里本发明的描述和应用都只是说明性和示意性的，并非是想要将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是完全可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说，实施例的替换和等效的各种部件均是公知的。本领域技术人员还应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现，以及在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (5)

1.一种连续电吸附能量回收***，其特征在于，包括：连续电吸附单元与能量回收单元；
所述的连续电吸附单元呈叠层结构，依次包括：第一集电极、第一隔板、第一阻挡材料、第二隔板、第二阻挡材料、第三隔板、第三阻挡材料、第四隔板，以及第二集电极；并且，所述第一阻挡材料与第三阻挡材料极性相同，所述第一阻挡材料与第二阻挡材料极性相反；所述第一集电极与第一阻挡材料间通过第一隔板形成第一电极仓室，所述第一阻挡材料与第二阻挡材料间通过第二隔板形成第一液流通道，所述第二阻挡材料与第三阻挡材料间通过第三隔板形成第二液流通道，所述第三阻挡材料与第二集电极间通过第四隔板形成第三液流通道；
所述的能量回收单元呈叠层结构，依次包括：第三集电极、第五隔板、第四阻挡材料、第六隔板，以及第四集电极；并且，所述第四阻挡材料与第一阻挡材料极性相同；所述第三集电极与第四阻挡材料间通过第五隔板形成第二电极仓室，所述第四阻挡材料与第四集电极间通过第六隔板形成再生液室；
所述第四集电极与第二集电极电连接，以及在所述第三集电极与第四集电极之间跨接有能量回收负载装置；
所述第一电极仓室与第二电极仓室物理导通，所述再生液室与第三液流通道物理导通。
2.如权利要求1所述的连续电吸附能量回收***，其特征在于，在所述第一电极仓室与第二电极仓室之间还包括：断流环节装置；所述第一电极仓室经由断流环节装置与第二电极仓室物理导通。
3.如权利要求1所述的连续电吸附能量回收***，其特征在于，连续电吸附能量回收***进行电吸附工作时，在所述第一电极仓室中注入液态电极；所述的液态电极由基液、电极颗粒以及助剂组成。
4.如权利要求1所述的连续电吸附能量回收***，其特征在于，所述的第一阻挡材料是离子阻挡材料或多孔材料，所述的第二阻挡材料是离子阻挡材料或多孔材料，所述的第三阻挡材料是离子阻挡材料或多孔材料，以及所述的第四阻挡材料是离子阻挡材料或多孔材料。
5.一种连续电吸附能量回收方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1、将液态电极输送进入第一电极仓室，将待处理原液输送进入第一液流通道，将待处理的其它来源液输送进入第二液流通道；
S2、在第一集电极和第二集电极之间加直流电场；
S3、第一液流通道中的液中离子通过第一阻挡材料进入第一电极仓室，与前述离子相对的反向离子通过第二阻挡材料进入第二液流通道，进而得到第一液流通道的除盐产品液；
S4、从第一电极仓室流出的液态电极进入第二电极仓室；
S5、在电极极性的作用下，液态电极得以脱附，并且在直流电场的作用下，所述脱附的离子通过第四阻挡材料进入再生液室；以及所施加的电能被能量回收负载装置回收利用；
S6、再生液室中的液体进入第三液流通道，并且在直流电场的作用下，上述脱附的离子通过第三阻挡材料进入第二液流通道，形成浓液排出；
采用上述权利要求1至4任一项的连续电吸附能量回收***实施。
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