CN1263545C - 在稀释室中采用混合床和单相离子交换材料进行水电去离子化的方法及其装置 - Google Patents

在稀释室中采用混合床和单相离子交换材料进行水电去离子化的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于水电去离子化方法及装置，因而须纯化的水通过电去离子化装置中的稀释室，该装置一端具有阳极室，另一端具有阴极室，以及多个交替排列设置、由阴离子交换膜和阳离子交换膜围成的稀释室和浓缩室。每一个稀释室都含有离子交换材料。重要地，所述离子交换材料包括至少一种阴离子交换材料和阳离子交换材料的混合床相以及至少一种邻接于所述混合床相的阴离子交换材料或阳离子交换材料、或阴离子交换材料和阳离子交换材料的单相。

Description

在稀释室中采用混合床和单相离子交换材料进行 水电去离子化的方法及其装置
技术领域
本发明涉及水电去离子化的方法及装置，更特别涉及用于提高在电去离子化装置稀释室中的离子传导效率的方法和装置。
背景技术
公知可将须处理的水通过填充离子交换树脂床层以将杂质离子作为离子交换树脂中的吸附离子而除去来使水去离子化。吸附能力降低的离子交换树脂可通过酸或碱来再生。但是，此方法的缺点在于会排放用来再生的酸或碱废液。因此，希望能找到一种无需酸或碱来再生的制备去离子水的方法。因而，近年来越来越关注自我再生型电渗析去离子水制备方法，其中，离子交换树脂与离子交换膜组合使用，即通称的电去离子化。和该方法关联的物理设备被称作电去离子化装置。
一般的电去离子化装置包括交替设置的阴离子交换膜和阳离子交换膜，其围成了稀释室和浓缩室。每一个稀释室都含有离子交换固体组分，其包括一般为粒状或球状的阴离子和阳离子交换固体组分。须纯化的水通过稀释室中的离子交换材料颗粒。
水中的阴离子杂质被阴离子交换固体组分吸附，并且在施加于整个电去离子化装置的电压的影响下朝向并迁移通过所述阴离子交换膜，进入邻接的第一浓缩室作为从中流过的含水液流中的排出物。类似地，水中的阳离子杂质被阳离子交换固体组分吸附，并且朝向并迁移通过所述阳离子交换膜，进入邻接的第一浓缩室作为从中流过的含水液流中的排出物。
通常，所述离子交换固体组分包括随机分配的阳离子交换和阴离子交换固体组分球体，一般多称作“混合床”离子交换器。所述混合床离子交换材料的特点在于其中所含的阴离子交换材料和阳离子交换材料之间的高界面接触区。此类接触区有效地促进了离子杂质的除去。而且，它促进了水分子的电离。通过水分子电离，氢离子和羟基离子可用于再生离子交换材料。这在须纯化的水中的溶解离子杂质浓度较低，诸如接近稀释室排出流的时候尤其重要。
令人意外的是，当采用混合床离子交换材料时，所述稀释室的厚度必须薄。如果稀释室的厚度增加，杂质离子通过所述离子交换固体组分向所述膜的传导效率降低了，从而降低水产品的质量。这是由于阴离子交换材料不太可能通过一系列邻接的阴离子交换材料“连接”于所述阴离子交换膜(此后此类性质称为”连接性“)。而且，阳离子交换材料不太可能通过一系列邻接的阳离子交换材料连接于所述阳离子交换膜。
稀释室越薄，制造成本越高。而且，较薄的稀释室上增加的有效膜区域，同时伴随着材料成本的增加。
美国专利4,636,296公开了一种电去离子化装置，其以电去离子化装置稀释室中的混合床离子交换来减轻了上述连接性问题。特别地，其中所公开的电去离子化装置包括含有交替设置的阴离子交换材料层和阳离子交换材料层的稀释室。这样，提供一系列连续阴离子和阳离子交换材料分别促进阳离子杂质和阴离子杂质的迁移。但是，此类阴离子和阳离子交换材料层减少了阴离子和阳离子交换材料间的界面接触，从而降低了离子杂质的除去效率和在设定电压下水分子的电离速度。为了达到这个目的，在美国专利4,636,296中所披露的装置依赖在电极表面产生的、随后迁移进入离子交换固体组分中的再生氢和羟基离子。但是，这种方法需要多个昂贵的电极，并且使得设备变的复杂，使得多极离子电化学反应器的优点难以实现。
申请号No.WO97/34696的PCT申请披露了一种电去离子化装置，其增强了稀释室中离子交换材料包括混合床变体的连接性。这通过使用容置于所述稀释室中施加有0.1-20kg/m2压力的离子交换材料来实现，并且所述阳离子交换膜和阴离子交换膜围成所述稀释室，从而增强了单个离子交换材料间的界面接触。但是，施加于离子交换材料间的内部压力越大，在稀释室中的空洞部分减少了，从而水流动阻力增加，能够处理的水量减少。
因此，需要一种改善离子交换材料连接性的设置，其中离子交换材料促进水电离效率，而使得氢离子和羟基离子可用于再生离子交换材料。进一步地，需要改善自身具有0.1-20kg/m2内部压力的离子交换材料的连接性。
发明内容
广而言之，本发明提供一种用于水去离子化的电去离子化装置，其一端具有阳极室，另一端具有阴极室，以及多个交替排列设置于在所述阳极室和阴极室之间的稀释室和浓缩室，所述的每一个稀释室和浓缩室均由阴离子交换膜和阳离子交换膜围成。在每一个稀释室中设有离子交换材料，所述离子交换材料包括至少一种阴离子交换材料和阳离子交换材料的混合床相以及至少一种邻接于所述混合床相的阴离子交换材料或阳离子交换材料、或阴离子交换材料与阳离子交换材料的单相。
在本发明的另一个方面，所述至少一种单相紧邻于所述阴离子和阳离子交换膜。进一步，所述混合床相和所述至少一种邻接的单相可设置成相分离的邻接层。至少一种单相为阴离子交换材料，所述阴离子交换材料紧邻于所述阴离子和阳离子交换膜。另一方面，所述至少一种单相为阳离子交换材料，所述阳离子交换材料紧邻于所述阳离子交换膜。
在本发明的另一个方面，所述至少一种单相为料层中的阴离子交换材料和阳离子交换材料并邻接于位于其中的混合床相，所述所述阴离子交换材料层和阳离子交换材料层分别邻接于所述阴离子交换膜以及阳离子交换膜。所述所述阴离子交换材料层和阳离子交换材料层还可与所述混合床相层同向延伸。
在本发明的另一个方面，所述至少一种单相为多孔可渗透连续单相，并且所述混合河床层为连续单相中的多孔可渗透分散相组。所述混合床相为多孔可渗透连续相，并且所述单相为连续混合床相中的多孔可渗透分散相组。
在本发明的另一个方面，所述离子交换材料为具有相应平坦床层表面的薄层床，而且其中所述分散相组垂直于平坦床层表面并与至少一种所述平坦床层表面接合。所述分散相组延伸通过所述薄层床并与所述床层的相应平坦床层表面接合。
在本发明的另一个方面，所述稀释室中的离子交换材料处于0.1-20kg/cm2的压缩压力下。
进一步地，本发明提供一种用于电去离子化装置中的水去离子化的方法，该电去离子化装置一端具有阳极室，另一端具有阴极室，以及多个交替排列设置于在所述阳极室和阴极室之间的稀释室和浓缩室。所述的每一个稀释室和浓缩室均由阴离子及阳离子交换膜围成。而且，所述每一个稀释室具有离子交换材料。所述离子交换材料包括至少一种阴离子交换材料和阳离子交换材料的混合床相以及至少一种邻接于所述混合床相的阴离子交换材料或阳离子交换材料、或阴离子交换材料与阳离子交换材料的单相。须去离子化的给料水通过所述稀释室，杂质离子在稀释室中通过离子交换和离子传导机理予以除去，在本发明的另一个方面，向离子交换材料施加的压缩压力为0.1-20kg/cm2，优选为0.5-10kg/cm2，最优选为0.8-2kg/cm2。所述压缩压力是通过将相对于稀释室容积的103-170％，优选为111-150％的自由态离子交换材料体积的调整来施加的。
进一步地，本发明提供一种用于电去离子化装置中的水去离子化的方法，该电去离子化装置一端具有阳极室，另一端具有阴极室，以及多个交替排列设置于在所述阳极室和阴极室之间的稀释室和浓缩室。所述的每一个稀释室和浓缩室均由阴离子和阳离子交换膜围成。而且，所述每一个稀释室具有离子交换材料。所述离子交换材料包括至少一种混合床相，至少一种阴离子交换单相，至少一种阳离子交换单相。所述阴离子交换相和阳离子交换相沿混合床相对侧与之邻接。须去离子化的给料水通过所述稀释室，通过稀释室中的离子交换和离子传导机理除去离子杂质。
附图说明
本发明的方法和装置将结合附图予以详述，其中：
图1.为本发明电去离子化装置的示意图；
图2.为本发明离子交换材料设置的部分剖视立体图；
图3.为本发明离子交换材料第二种设置的部分剖视立体图；
图4.为本发明离子交换材料第三种设置的部分剖视立体图；
图5.为本发明离子交换材料第四种设置的部分剖视立体图；
图6.为本发明离子交换材料第五种设置的部分剖视立体图；
图7.为本发明离子交换材料第六种设置的部分剖视立体图；
图8.为本发明离子交换材料第七种设置的部分剖视立体图；
图9.为本发明离子交换材料第八种设置的部分剖视立体图；
图10.为本发明离子交换材料第九种设置的部分剖视立体图；
图11.为本发明离子交换材料第十种设置的部分剖视立体图；
图12.为本发明离子交换材料第十一种设置的部分剖视立体图；以及
图13.为图12中的离子交换材料设置的侧视图；
具体实施方式
一般地，本发明应用在采用电去离子化装置的水纯化工艺。
首先请参见图1，本发明的电去离子化装置10包括设有阳极24的阳极室20和设有阴极26的阴极室22。多个阳离子交换膜28和阴离子交换膜30交替排列设置于阳极室20和阴极室22之间，以形成由阳极一侧的阴离子交换膜30和阴极一侧的阳离子交换膜29围成的稀释室32，以及由阳极一侧的阳离子交换膜28和阴极一侧的阴离子交换膜30围成的浓缩室18。电解质溶液分别通过液流36和38给入阴极室20及阳极室22。
由标号40所表示的离子交换材料设于稀释室32中。此类介质通过离子交换除去无须离子来强化水的纯化。进一步地，此类介质促进离子朝向膜28和30的迁移并随后渗透通过，如下所述。离子交换材料40可为离子交换树脂，离子交换纤维或其成型产品。
须处理的水由给料流50导入稀释室32。类似地，水或含水溶液通过给料流44导入浓缩室18及阳极室和阴极室20、22。在两个电极间施加设定电压，从而在稀释室32中的阴离子渗透通过阴离子交换膜30进入浓缩室18，同时在稀释室32的液流中的阳离子渗透通过阳离子交换膜28进入浓缩室18。上述阴离子和阳离子的迁移可由稀释室32中的离子交换材料40进一步促进。这样，通过所施加电压的驱动，稀释室32中的阳离子以离子交换机理迁移通过阳离子交换树脂，并最终通过与阳离子交换树脂直接接触的阳离子交换膜28。类似地，稀释室32中的阴离子以离子交换机理迁移通过阴离子交换树脂，并最终通过与阴离子交换树脂直接接触的阴离子交换膜28。由液流44导入浓缩室18的含水溶液或水以及随后迁移进入这些室的阴离子和阳离子组分经富集并作为浓缩溶液从排出流48除去，同时纯化水流由排出流42从稀释室32中排出。
容置或填充于稀释室中的离子交换材料上施加有压力，在阳离子交换膜和阴离子交换膜之间围成所述稀释室，所述压力通过压缩所述离子交换材料在0.1-20kg/cm2之间调整，如下述。如果压力小于0.1kg/cm2，则离子交换材料彼此之间以及在离子交换材料和离子交换膜之间的物理接触将不够充分，因而电阻将增大和/或因水流短路引起的须处理的水短路。因此，所得产品水的纯度非常低，这是不希望的。另一方面，如果离子交换材料的压缩压力超过20kg/cm2，则离子交换材料彼此之间以及在离子交换材料和离子交换膜之间的物理接触将非常充分，但水流和处理水量将减少，并且离子交换膜有可能被高压损坏。因此，所述压力优选为0.5-10kg/cm2，最优选为0.8-2kg/cm2。
施加于填充在稀释室中离子交换材料上及离子交换膜上的压力优选是以这样的方式，即通过一定程度地压缩稀释室中的离子交换材料来使容置于稀释室中的自由态的离子交换材料的体积减至比它们再生情况下体积要小，从而达到所需的压缩压力，随后给入再生水并调节电流以让离子交换材料膨胀至容积以增加压力。换言之，所述离子交换材料容置于稀释室中，然后稀释室的体积经机械压缩以将压力增加至所需的水平。此处所述的术语“自由态”是指离子交换材料尚未物理地容置于稀释室的限定空间中时的状态。
如上述第一方法，优选填充于稀释室中的离子交换材料的数量为，再生条件下自由态的离子交换材料的体积相对于稀释室可用体积达103-170％。如果该自由态值低于103％，在离子交换材料之间的接触较差。另一方面，如果自由态值超过170％，所述接触良好，但所述压力使得通过离子交换材料的水损失非常高。优选离子交换材料自由态体积为稀释室体积的111-150％。
为了将离子交换材料的体积减至比其再生体积小，可采用如下方法：(i)通过干燥减少水分，(ii)将反离子改变成非再生形式的离子组分而将离子交换材料转变成加载形式的方法，或(iii)所述离子交换材料可浸没于有机溶剂以进行溶剂取代。但是，优选方法(i)及(ii)的组合，因为它们可无视离子交换材料的结构和种类，而且体积压缩量较大。
当通过干燥来减除水分，优选将水分减至1-30wt％。如果水分低于1wt％，干燥时间过长。如果水分高于30wt％，则加水后的体积增加量和电流传导非常小。优选水分为约5-15wt％，则干燥比较容易，且加水后的体积增加量和传导电流都比较大。至于在干燥过程中反离子类型，优选Na型阳离子交换材料以及Cl型阴离子交换材料，因为分别与相应的H和OH型比较时，该类型材料热力学稳定性较好。优选干燥温度为30-80℃。如果低于30℃，则干燥时间过长，如果高于80C，所述离子交换基团将会分解，这是不希望的。
在将反离子改变成非再生形式的离子组分而将离子交换材料转变成加载形式的方法的情况下，如上述优选Na型阳离子交换材料以及Cl型阴离子交换材料。至于其它的离子种类，优选K型或Li型阳离子交换材料以及Br型或NO3型阴离子交换材料。这样，非优选Ca型或Al，或二价或多价反离子诸如SO4型，由于其向再生形式的转变较困难。
在上述的方法中，离子交换材料填充于稀释室中，然后稀释室的体积经机械压缩以增加压力，优选***间隔板，其可由稀释室框架和离子交换膜之间的压力压缩，并且优选在填充了离子交换材料后沿间隔板平面外侧垂直方向施加压力压缩间隔板，如图1中箭头53、55所示，由此稀释室的体积将减小5-60vol％。如果所述体积减小小于5vol％，所容置的离子交换材料的接触较差。另一方面，如果所述体积减小大于60vol％，将产生良好接触，但当水通过所述离子交换材料时由于阻力带来的压力损失将非常高，这是不希望的。至于可压缩间隔板的材料，优选采用例如聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯泡沫片材。
图2所示为用在稀释室32中的本发明的离子交换材料40的优选设置方式。在第一实施例中，离子交换材料40包括交替的阴离子交换相层52，“混合床”离子交换相层56，以及阳离子交换相层54，这些层基本上横向于稀释室32中的水流方向设置。此处所述的术语“混合床”是指包含阴离子交换材料和阳离子交换材料的离子交换材料，在整个混合床体积内随机分布，其中所述阴离子交换材料体积部分为20vol％-80vol％，以及所述阳离子交换材料体积部分为80vol％-20vol％。
在所施加的电压的影响下，并通过其中阴离子交换材料和阳离子交换材料之间的高界面接触，混合床相56可有效地除去杂质离子。而且，混合床相56促进了水分子电离为氢离子和羟基离子以再生混合床相56以及阴离子交换相52和阳离子交换相54中的阴离子交换材料和阳离子交换材料。再生在这样一些区域是特别有益的，其中，流过稀释室32的液流中的离子浓度相对较低，而且它们自身难以保持足够高的施加电流以将通过稀释室32液流中的离子脱除。
为了改善混合床相56中的阴离子交换材料和阳离子交换材料各自与阴离子交换膜30和阳离子交换膜28的连接性，每一层混合床相56都设置于在表面56a的阴离子交换相层52与在表面56b的阳离子交换相层54之间。这样，阴离子交换相52于混合床相56的表面56a处紧接阴离子交换物质，因此，使得阴离子交换物质与阴离子交换膜30在表面56a处连接。类似地，阳离子交换相52于混合床相56的表面56b处紧接阳离子交换物质，因此，使得阳离子交换物质与阳离子交换膜28在表面56a处连接。在上述两种情况下，连接促进了阴离子和阳离子分别迁移通过组合的离子交换机构和离子传导机构，从混合床相56的空腔区域中到达阴离子交换膜30和阳离子交换膜28。
图3所示为本发明的离子交换材料40的另一种设置方式，其中，所述离子交换材料40包括交替排列的阴离子交换相层52和混合床相层56。这种设置方式改善了混合床离子交换材料中的阴离子交换物质的连接性。因此，它强化除去了简单离子以及(重要地)弱电离碱性无机污染物诸如活性二氧化硅、二氧化碳、硼酸形式的硼，以及弱酸性有机污染物诸如羧酸和苯酚。这种设置优选用于电去离子化装置中稀释室32的某个区域，其中大量的阳离子杂质已经在上游设备或相同稀释室32中的上游区域中除去，并且希望用来除去残余的弱电离阴离子杂质。
参见图4，所示为本发明的离子交换材料40的另一种设置方式，其中，所述离子交换材料包括交替排列的阳离子交换相层54和混合床相层56。这种设置方式通过改善混合床相56中的阳离子交换物质与阳离子交换膜28的连接性，强化除去了阳离子和弱电离阳离子物质，诸如氨、胺以及肼。
如图2、3和4所示的实施例都说明离子交换材料复合层40，即阴离子交换材料层52和/或阳离子交换材料层54及混合床离子交换材料层56，具有基本上平坦的表面。这种基本上平坦表面并不是必须的。图5、6和7所示为进一步的实施例，其中，所述离子交换材料40弄成Z形即成波纹形，以使得在邻近的层间比平坦层具有更大的界面区。
上述实施例中的阴离子交换相52、阳离子交换相54以及混合床相56可为离子交换树脂离子交换纤维或其成型产品，并且为多孔及液流可渗透通过。所述成型产品可包括由粘结剂聚合物彼此粘结在一起的离子交换树脂颗粒。
参见图8，根据本发明的另一个实施例，所述离子交换材料可包括第一离子交换材料60多孔可渗透连续基质床层，其具有横向于所述床层平面、分布于基质58内的混合床相56的多个间隔的多孔可渗透圆筒体组62。第一离子交换材料60包括交替排列的阴离子交换相52和阳离子交换相54。这种设置使从稀释室32中排除阴离子和阳离子得到改善。
此外，如图9和10中所示，连续基质的第一离子交换材料60可包括阴离子交换相52或阳离子交换相54中的任意一种。这样，前一种设置使从稀释室32排除阴离子得到改善。而后一种设置使从稀释室32排除阳离子得到改善。
如图11中的进一步的实施例所示，离子交换材料40可包括多孔可渗透混合床相56基质的床层，其具有多个间隔设置的、横向于所述床层表面、分布在基质58中单相第二离子交换材料的多孔可渗透圆筒体组。第二离子交换材料可包括阴离子交换相52或阳离子交换相54中的任意一种。
所述组62或66可由阴离子交换材料52或阳离子交换材料54或混合床离子交换材料56的薄层床或连续相片材制得，通过聚合物粘合剂粘结，通过从所述片材上割截所需尺寸和形状的组。由基质60或64构成的离子交换材料连续相片材，其通过聚合树脂粘结，具有多个与从其上割截的组62或66尺寸及形状相应的孔洞，该片材可以紧密摩擦配合容置切掉的组62或66，而制得在图8、9、10和11中所示的实施例中的离子交换材料40。
图12和13所示为本发明的进一步的实施例，其中，混合床离子交换材料56的几个区设置在稀释室32中，在每一个阴离子交换膜30和阳离子交换膜28的附近。阴离子交换相52和阳离子交换相54也设置于稀释室32中，邻近于所述混合床离子交换材料区。
本发明的方法和设备可参照以下非限定性实施例予以详述。
实施例1
一种电去离子化装置(有效面积为507cm2，包括30个稀释室和浓缩室槽组，其中，每一个槽组的的宽度为13cm及长度为39cm，)形成过滤压缩型电去离子化装置组，其具有由阳离子交换膜(强酸型异质膜，厚度为0.05cm，离子交换能力为4.5meq/g干树脂)和阴离子交换膜(强碱型异质膜，厚度为0.05cm，离子交换能力为3.5meq/g干树脂)限定的浓缩室和稀释室，所述膜通过稀释室间隔框架(由聚丙烯制成)和带有熔合聚丙烯支承网格的浓缩室框架(由聚烯烃制成)来安置并固定。
稀释室均填充有初始的阳离子交换材料层，紧接10个连续4层，该4层包括：a)在流动方向上的约0.98cm厚的混合床离子交换材料层，b)在流动方向上的约1.0cm厚的阴离子交换材料层，c)在流动方向上的约0.98cm厚的混合床离子交换材料层，以及d)在流动方向上的约1.0cm厚的阳离子交换材料层。所述在每一个稀释室中的混合床层包括约70.3克(干离子交换材料重量)的强碱型阴离子交换树脂和强酸型阳离子交换树脂的50％重量混合物。在每一个稀释室中的阴离子交换层包括约49.9克(干阴离子交换材料重量)、含有干态离子交换树脂和烯烃聚合物粘合剂混合物的片材状产品形式的强碱型阴离子交换树脂。类似地，在每一个稀释室中阳离子交换层包括约71.3克(干阳离子交换材料重量)、含有干态离子交换树脂和烯烃聚合物粘合剂混合物的片材状产品形式的强酸型阳离子交换树脂。所述两种离子交换树脂为磺酸型阳离子交换树脂(商品名：Diaion SK-1B，由MitsubishiChemical Corporation制造)以及季铵盐阴离子交换树脂(商品名：DiaionSK-10A，由Mitsubishi Chemical Corporation制造)。
通过采用这种电去离子化装置，以下述方式进行试验。在22-24℃下，制备须被纯化的给料水，其含17.5ppm NaCl(约35uS/cm导电性)。所述须纯化的给料水以约12.5gpm的流速通过电去离子化装置的稀释室，并施加4.3安培的直流电。在这些操作条件下，电去离子化装置中产品水的电阻率(矫正至25℃)经测定为17.32Mohm.cm。产品的高电阻率意味着有效地实现了去离子化。
实施例2
以和上述实施例1中相同的方式进行对比实验，以下为区别之处：所述稀释室均填充有191克(干离子交换材料重量)50％重量如上述的强碱型阴离子交换树脂和强酸强碱型树脂的混合物。
实施例2采用电去离子化装置以下述方式进行。经制备须纯化的水在22-24℃下，制备须被纯化的给料水，其含17.1ppm NaCl(约34uS/cm导电性)。所述须纯化的给料水以约12.5gpm的流速通过电去离子化装置的稀释室，并施加4.3安培的直流电。在这些操作条件下，电去离子化装置中产品水的电阻率(矫正至25℃)经测定为14.47Mohm.cm。与实施例1相比，这样的产品电阻率意味着去离子化水平较低。
如上述实施例1和实施例2中所示，本发明中所述的电去离子化装置的操作(与分离阴离子层和阳离子层接合的填充后混合床离子交换层)可使电去离子化装置更有效地对给料水去离子。
通过提供具有含离子交换材料稀释室的电去离子化装置，本发明具备多项优点，所述离子交换材料用于创造阴离子交换材料和阳离子交换材料间的改善的界面接触，同时提供将阴离子和阳离子从远离相应离子交换膜迁移至此离子交换膜的传输通道。
这样，所述离子交换材料包括混合床离子交换材料多孔相，其特点在于阴离子交换材料和阳离子交换材料间的高界面接触。由于高界面接触，这种混合床相可促进有效地除去流过稀释室中的杂质离子。而且，所述混合床相促使水电离为氢离子和羟基离子以再生阴离子交换器和阳离子交换器。这种再生在某些区域中特别有益，如在流过稀释室的液流中离子浓度相对较低，并且其自身难以保持足够高水平电流以有效使流过稀释室的液流去离子化。
所述混合床离子交换相与阴离子交换材料多孔相和/或阳离子交换材料多孔相接触。在阴离子交换相的情况下，这种接触促使吸附于混合床相的阴离子迁移至阴离子交换膜。在阴离子交换相中的阴离子交换材料和在混合床相中的阴离子交换材料之间的界面接触降低了吸附于混合床相中的阴离子迁移至稀释室中负荷有反离子的阴离子交换膜时的电阻。这是由于此类界面接触提供了吸附的阴离子从混合相，通过所述阴离子交换相并到达所述阴离子交换膜的传输通道。
类似地，在阳离子交换相的情况下，这种界面接触促使吸附于混合床相的阳离子迁移至阳离子交换膜。在阳离子交换相中的阳离子交换材料和在混合床相中的阳离子交换材料之间的界面接触降低了吸附于混合床相中的阳离子迁移至稀释室中负荷有反离子的阳离子交换膜时的电阻。这是由于此类界面接触提供了吸附的阳离子从混合相，通过所述阳离子交换相并到达所述阳离子交换膜的传输通道。
当然，可以理解，任何不脱离本发明所附权利要求的范围和权限并根据此处本发明的实施例所作修改均落在本发明的保护范围之内。

Claims (39)

1.一种用于使水去离子化的电去离子化装置，其一端具有阳极室，另一端具有阴极室，以及多个交替排列设置于所述阳极室和阴极室之间的稀释室和浓缩室，所述的每一个稀释室和浓缩室均由阴离子和阳离子交换膜围成，所述每一个稀释室具有离子交换材料，所述离子交换材料上所施加的压缩压力为0.1-20kg/cm2，所述离子交换材料包括至少一种阴离子交换材料和阳离子交换材料的混合床相以及至少一种邻接于所述混合床相的阴离子交换材料单相或阳离子交换材料单相、或阴离子交换材料单相与阳离子交换材料单相。
2.如权利要求1所述的电去离子化装置，其中，所述至少一种单相紧邻于所述阴离子交换膜和阳离子交换膜。
3.如权利要求1所述的电去离子化装置，其中，所示至少一种单相为阴离子交换材料，所述阴离子交换材料紧邻于所述阴离子交换膜。
4.如权利要求1所述的电去离子化装置，其中，所述至少一种单相为阳离子交换材料，所述阳离子交换材料紧邻于所述阳离子交换膜。
5.如权利要求1所述的电去离子化装置，其中，所述至少一种单相为料层中的阴离子交换材料单相和阳离子交换材料单相，并邻接于位于两者之间的混合床相，所述阴离子交换材料层和阳离子交换材料层分别紧邻接于所述阴离子交换膜以及阳离子交换膜。
6.如权利要求1所述的电去离子化装置，其中，所述至少一种单相为多孔可渗透连续单相，并且，所述混合床相为连续单相中的多孔可渗透分散相组。
7.如权利要求6所述的电去离子化装置，其中，所述离子交换材料为具有相应平坦床层表面的薄层床的形式，而且，其中所述分散相组垂直于平坦床层表面并与至少一种所述平坦床层表面相连接。
8.如权利要求7所述的电去离子化装置，其中，所述分散相组垂直于所述平坦床层表面，延伸通过所述薄层床并与所述床层的相应平坦床层表面相连接。
9.如权利要求1所述的电去离子化装置，其中，所述混合床相为多孔可渗透连续相，并且所述至少一种单相为连续相的阴离子交换材料或阳离子交换材料的多孔可渗透分散相组。
10.如权利要求9所述的电去离子化装置，其中，所述离子交换材料为具有相应平坦床层表面的薄层床的形式，而且，其中所述阴离子交换材料或阳离子交换材料的分散相组垂直于平坦床层表面并与至少一种所述平坦床层表面相连接。
11.如权利要求10所述的电去离子化装置，其中，所述分散相组延伸通过所述薄层床并与所述床层的相应平坦床层表面相连接。
12.如权利要求1所述的电去离子化装置，其中，所述至少一种单相为多孔可渗透连续相，而且所述混合床相为混合床离子交换材料的多孔可渗透分散相组。
13.如权利要求12所述的电去离子化装置，其中，所述离子交换材料为具有相应平坦床层表面的薄层床的形式，而且，其中所述分散相组为垂直于平坦床层表面的混合床离子交换材料并与至少一种所述平坦床层表面相连接。
14.如权利要求13所述的电去离子化装置，其中，所述分散相组延伸通过所述薄层床并与所述床层的相应平坦床层表面相连接。
15.如权利要求2所述的电去离子化装置，其中，所述混合床相和所述至少一种邻接单相为相分离的邻接层。
16.如权利要求15所述的电去离子化装置，其中，所述层为波纹形。
17.如权利要求5所述的电去离子化装置，其中，所述混合床相、所述阴离子交换材料单相以及所述阳离子交换材料单相构成同向延伸层。
18.一种用于在电去离子化装置中使水去离子化的方法，该电去离子化装置一端具有阳极室，另一端具有阴极室，以及多个交替排列设置于在所述阳极室和阴极室之间的稀释室和浓缩室，所述每一个稀释室和浓缩室均由阴离子和阳离子交换膜围成，所述每一个稀释室具有离子交换材料，所述离子交换材料上所施加的压缩压力为0.1-20kg/cm2，所述离子交换材料包括至少一种阴离子交换材料和阳离子交换材料的混合床相以及至少一种邻接于所述混合床相的阴离子交换材料单相或阳离子交换材料单相、或阴离子交换材料单相与阳离子交换材料单相，该方法包括须去离子化的给料水通过所述稀释室。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述压缩压力是通过将自由态的离子交换材料的体积调整到相对于稀释室容积的103-170％来施加的。
20.如权利要求18所述的水去离子化方法，其中，所述至少一种单相紧邻接于所述阴离子交换膜和阳离子交换膜。
21.如权利要求18所述的水去离子化方法，其中，所示至少一种单相为阴离子交换材料，并且其中所述阴离子交换材料紧邻接于所述阴离子交换膜。
22.如权利要求18所述的水去离子化方法，其中，所述至少一种单相为阳离子交换材料，并且所述阳离子交换材料紧邻接于所述阳离子交换膜。
23.如权利要求18所述的水去离子化方法，其中，所述至少一种单相为同向延伸料层中的阴离子交换材料单相和阳离子交换材料单相，并邻接于位于其中的混合床相，所述阴离子交换材料层和阳离子交换材料层分别紧邻接于所述阴离子交换膜以及阳离子交换膜。
24.如权利要求18所述的水去离子化方法，其中，所述至少一种单相为多孔可渗透连续单相，并且所述混合床相为连续单相中的多孔可渗透分散相组。
25.如权利要求24所述的水去离子化方法，其中，所述离子交换材料为具有相应平坦床层表面的薄层床，而且，其中所述分散相组垂直于平坦床层表面并与至少一种所述平坦床层表面接合。
26.如权利要求25所述的水去离子化方法，其中，所述分散相组垂直于所述平坦床层表面，延伸通过所述薄层床并与所述床层的相应平坦床层表面接合。
27.如权利要求18所述的水去离子化方法，其中，所述混合床相为多孔可渗透连续相，并且所述至少一种单相为连续相的阴离子交换材料或阳离子交换材料的多孔可渗透分散相组。
28.如权利要求27所述的水去离子化方法，其中，所述离子交换材料为具有相应平坦床层表面的薄层床的形式，而且，其中所述阴离子交换材料或阳离子交换材料的分散相组垂直于平坦床层表面并与至少一种所述平坦床层表面接合。
29.如权利要求28所述的水去离子化方法，其中，所述分散相组延伸通过所述薄层床并与所述床层的相应平坦床层表面接合。
30.如权利要求18所述的水去离子化方法，其中，所述混合床相和所述邻接相为相分离的邻接层。
31.如权利要求18所述的水去离子化的方法，其中所述阴离子交换材料单相和阳离子交换材料单相从所述混合床相的相对侧与之邻接。
32.如权利要求31所述的水去离子化方法，其中，所述至少一种单相紧邻接于所述阴离子交换膜和阳离子交换膜。
33.如权利要求32所述的水去离子化方法，其中，所述阴离子交换材料单相紧邻接于所述阴离子交换膜，而且所述阳离子交换材料单相紧邻接于所述阳离子交换膜。
34.如权利要求33所述的电去离子化装置，其中，所述混合床相、所述阴离子交换材料单相以及所述阳离子交换材料单相构成紧邻接于阴离子交换膜和阳离子交换膜的相分离的同向延伸层。
35.如权利要求18所述的方法，还包括向离子交换材料施加有压缩压力为0.5-10kg/cm2。
36.如权利要求18所述的方法，还包括向离子交换材料施加有压缩压力为0.8-2kg/cm2。
37.如权利要求35所述的方法，所述压缩压力是通过将自由态的离子交换材料的体积调整到相对于稀释室体积111-150％而施加的。
38.如权利要求31所述的方法，还包括向离子交换材料施加有压缩压力为0.5-10kg/cm2。
39.如权利要求31所述的方法，还包括向离子交换材料施加有压缩压力为0.8-2kg/cm2。
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