离子交换装置及其离子交换材料的再生方法

摘要

电化学装置(10)包括电化学电池(11)。所述电化学电池包括复合阳离子交换构件(12)，包括导电基质和与所述导电基质物理接触的阳离子交换材料；复合阴离子交换构件(14)，包括导电基质和与所述导电基质物理接触的阴离子交换材料；和在所述复合阳离子交换构件与所述复合阴离子交换构件之间的隔室(16)。所述隔室包括用于引入进料流的入口和用于从所述隔室中引出输出流的出口。所述电化学装置包括控制装置(17)，其经构造以在再生阶段以在所述复合阳离子交换构件上的导电基质失去电子且在所述复合阴离子交换构件上的导电基质获得电子的方式传输电流到所述复合阳离子交换构件和所述复合阴离子交换构件。

主权项

电化学装置，其包括：电化学电池，其包括：   复合阳离子交换构件，其包括第一导电基质和与所述第一导电基质物理接触的阳离子交换材料；   复合阴离子交换构件，其包括第二导电基质和与所述第二导电基质物理接触的阴离子交换材料；和   在所述复合阳离子交换构件与所述复合阴离子交换构件之间的隔室，所述隔室包括用于引入进料流的入口和用于从所述隔室中引出输出流的出口；和控制装置，其经构造以：在再生阶段以第一导电基质失去电子且第二导电基质获得电子的方式传输电流通过所述复合阳离子交换构件和所述复合阴离子交换构件；和在去离子阶段释放电流通过所述第一导电基质和所述第二导电基质，引起进料流中的阳离子吸附在阳离子交换材料上，且进料流中的阴离子吸附在阴离子交换材料上，其中第一导电基质和第二导电基质的每一个包含导电基材和导电高表面积部分，所述导电高表面积部分具有通过氮吸附BET方法测量的100‑5000m²/g的表面积；阳离子交换材料涂布在第一导电基质的导电高表面积部分，且阴离子交换材料涂布在第二导电基质的导电高表面积部分；且阳离子交换材料或阴离子交换材料与导电高表面积部分的接触界面大于导电高表面积部分的表面积的70%。2. 权利要求1的电化学装置，其中所述阳离子交换材料包括弱酸性阳离子交换材料、强酸性阳离子交换材料或其组合。3. 权利要求1的电化学装置，其中所述阴离子交换材料包括弱碱性阴离子交换材料、强碱性阴离子交换材料或其组合。4. 权利要求1的电化学装置，其中所述阴离子交换材料包括导电聚合物，所述导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩或其任何组合。5. 权利要求1的电化学装置，其中所述导电基材包括不锈钢、石墨、钛、铂、铱、铑、导电氧化物、导电聚合物和碳复合材料中的任一种或任何组合。6. 权利要求1的电化学装置，其中所述导电高表面积部分包括碳、碳纳米管、石墨、碳纤维、碳布、碳气凝胶、活性炭、金属粉末和金属氧化物中的任一种或任何组合。7. 权利要求1的电化学装置，其中所述导电高表面积部分包括多个孔，且其中所述孔的平均直径大于1纳米。8. 权利要求1的电化学装置，其中所述导电基质中的每一个包括纳米图案化或纳米结构化的导电材料且包括微凸以形成高表面积部分。9. 权利要求1的电化学装置，其中传输到复合阳离子交换构件和所述复合阴离子交换构件的电流被控制，使得在再生阶段复合阳离子交换构件与复合阴离子交换构件之间的差分电压为0‑10V。10. 权利要求1的电化学装置，其还包括用于支撑所述电化学电池的外壳。11. 权利要求10的电化学装置，其还包括各自在所述外壳内限定隔室的至少两个电化学电池。12. 权利要求11的电化学装置，其还包括在相邻的两个电化学电池之间的至少一个间隔物。13. 电化学组件，其包括：外壳，其包括用以引导进料流去离子化的至少一个入口和用于在去离子阶段期间引出稀物流的至少一个出口；在所述外壳中平行排列且在每两个相邻复合离子交换构件之间限定多个隔室的多个复合离子交换构件，所述复合离子交换构件的每一个包含导电基质，所述导电基质具有导电基材和导电高表面积部分，所述导电高表面积部分具有通过氮吸附BET方法测量的100‑5000m²/g的表面积，且离子交换材料涂布在导电基质的导电高表面积部分上，离子交换材料与导电高表面积部分的接触界面大于导电高表面积部分的表面积的70%，所述多个复合离子交换构件包括在两个隔室之间的至少一个双极复合构件，所述双极构件包括至少一种导电基质、在一侧上的阳离子交换材料和在另一侧上的阴离子交换材料；和控制装置，其经构造以在再生阶段以所述双极复合构件的阳离子交换侧上的导电基质失去电子且所述双极复合构件的阴离子交换侧上的导电基质获得电子的方式传输电流，其中所述控制装置可操作以将所述导电基质与电源断开。14. 权利要求13的电化学组件，其中所述双极复合构件包括在所述阳离子交换材料与所述阴离子交换材料之间的导电且离子不可渗透的薄膜。15. 权利要求14的电化学组件，其中所述导电且离子不可渗透的薄膜包括聚烯烃和石墨的复合薄膜。16. 权利要求13的电化学组件，其中所述多个复合离子交换构件包括在所述再生阶段连接到所述电源的正端子的一个复合阳离子交换构件和在所述再生阶段连接到所述电源的负端子的复合阴离子交换构件。17. 权利要求16的电化学组件，其中所述双极复合构件的所述阴离子交换材料比靠近所述复合阴离子交换构件更靠近所述复合阳离子交换构件，且所述双极复合构件的所述阳离子交换材料比靠近所述复合阳离子交换构件更靠近所述复合阴离子交换构件。18. 电化学方法，其包括：去离子阶段，其包括：   将进料流引入复合阳离子交换构件与复合阴离子交换构件之间的隔室中，所述复合阳离子交换构件包括第一导电基质和与所述第一导电基质物理接触的阳离子交换材料，所述复合阴离子交换构件包括第二导电基质和与所述第二导电基质物理接触的阴离子交换材料；其中第一导电基质和第二导电基质包含导电基材和导电高表面积部分，所述导电高表面积部分具有通过氮吸附BET方法测量的100‑5000m²/g的表面积，阳离子交换材料涂布在第一导电基质的导电高表面积部分，且阴离子交换材料涂布在第二导电基质的导电高表面积部分，且阳离子交换 阴离子交换材料与导电高表面积部分的接触界面大于导电高表面积部分的表面积的70%；   使所述进料流中溶解的阳离子和阴离子分别吸附在所述阳离子交换材料和所述阴离子交换材料上，其中所述第一和第二导电基质与电源电断开；和   从所述隔室中引出稀物流；和再生阶段，其包括：   对所述第一和第二导电基质施加电流，且引起所述第一导电基质失去电子以逐出吸附在所述阳离子交换材料上的阳离子,并引起所述第二导电基质获得电子以逐出吸附在所述阴离子交换材料上的阴离子。19. 权利要求18的电化学方法，其中所述去离子阶段和再生阶段周期性且交替重复。