專利名稱：液流的凈化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用離子交換物質(zhì)凈化含水液流的方法及裝置，和利用電化學(xué)方法使所說的離子交換物質(zhì)物質(zhì)再生。
本發(fā)明的技術(shù)背景和現(xiàn)有技術(shù)高純凈水具有巨大的市場。它在工業(yè)應(yīng)用上被廣泛地使用，著名的主要用戶包括制藥業(yè)、電子工業(yè)和能源工業(yè)。
在大多數(shù)應(yīng)用的最后沖洗工序中，通常通過離子交換樹脂途徑將溶解的鹽從水中去除。陽離子交換樹脂(以H+形式)和陰離子交換樹脂(以O(shè)H-形式)的結(jié)合使用分別將陽離子和陰離子去除。兩個這樣的床可以串聯(lián)使用而使鹽去除。假如水溶液首先經(jīng)過陽離子交換樹脂(以H+形式)床，那么在溶液中的陽離子就被陽離子交換樹脂吸收，并釋放等量的H+離子到溶液中(這樣保持電中性)。這溶液(現(xiàn)在呈酸性)再通過陰離子交換樹脂(以O(shè)H-形式)床，那么在溶液中的陰離子就被陰離子交換樹脂吸收，OH-被釋放出并中和溶液中的H+從而形成水。溶液中溶解的鹽被有效地去除(恰當(dāng)?shù)脑O(shè)想，假如用堿性溶液介質(zhì)將去鹽床的順序顛倒，那么交換樹脂就能重復(fù)利用)。
但是，在作為最后沖洗工序的大多數(shù)應(yīng)用中，離子交換樹脂的混合床優(yōu)選地以串聯(lián)方式配置或以疊加的方式配置。在這種情況下，陽離子和陰離子樹脂緊密地混合在一起，并且在除去溶液中的陽離子和陰離子的同時從樹脂中釋放出的H+和OH-立即中和。采用這種結(jié)構(gòu)，由于中和，大量H+和OH-被消耗，從而使化學(xué)平衡過程被“驅(qū)動”，從水溶液中去除的鹽可以達(dá)到較高的量。
在這兩種配置中，一旦樹脂耗盡(即當(dāng)樹脂中再也沒有H+和OH-)，陽離子和陰離子床必須分別用酸(典型是H2SO4)和堿(典型是NaOH)處理使其再生。這種再生包括要儲存和處理濃酸以及苛性堿溶液，同時還要處理用于處理樹脂再生后的污水和沖洗液。從成本、安全性以及環(huán)境考慮，這不是所希望的。在本發(fā)明中，我們要敘述一種使用無有害物質(zhì)的、廉價的以及生態(tài)上可以接受的電化學(xué)技術(shù)而使樹脂再生的方法。這種新方法消除了再生化學(xué)物質(zhì)，并具有額外的優(yōu)點是不必擾動樹脂床而在同一容器中完成水凈化過程和離子交換樹脂再生。在混合床系統(tǒng)中，這種方法還有一個優(yōu)點是不必將陽離子和陰離子交換樹脂分開而在樹脂床上完成再生。因為在傳統(tǒng)的化學(xué)再生方法中，在進(jìn)行化學(xué)再生(分別使用酸和堿)之前，必須將混合樹脂床中的陽離子和陰離子樹脂進(jìn)行物理分離。
現(xiàn)有技術(shù)使用傳統(tǒng)的離子交換技術(shù)來化學(xué)再生已經(jīng)使用過的樹脂，保留從水中除去溶解的鹽使殘存量達(dá)到很低的濃度的基本方法。下面的專利和專利申請說明書將說明有關(guān)本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
電去離子裝置(美國專利4,632,745.國際專利WO92/11089)ElixTM電去離子方法(被Millipore TM注冊)用來除去溶液中的離子時幾乎可達(dá)到用傳統(tǒng)的混合床離子交換系統(tǒng)得到的純度。在其最簡單的形式中，系統(tǒng)包括四個交替陽離子(C)和陰離子(A)的滲透隔膜，其夾在一對電極(陰極+和陽極-)之間，其配置為+|C|A|C|A|-。在隔膜中間的空間填充了混合床離子交換樹脂(基本上是為了提高導(dǎo)電性)。供入的水流向下(垂直于施加的電場)流入到離子交換隔膜片之間(該隔膜允許相應(yīng)的離子流過但不允許水通過)。在供給溶液(位于中間模槽)中溶解的陽離子通過陽離子滲透膜移向陰極，同時在陰極產(chǎn)生的OH-陰離子通過陰離子滲透膜。陽離子氫氧化物鹽的濃縮液通過這種(富集的)腔室分離出去。同樣，在供給溶液(位于中間模槽)中溶解的陰離子通過陰離子滲透膜移向陽極，同時在陽極產(chǎn)生的H+陽離子通過陽離子滲透膜。陰離子酸形式的濃縮液流通過這種(富集的)腔室分離出去。從中間腔室流出的是去除了溶解鹽的水，而從兩個外側(cè)腔室流出的是含有供給溶液的陽離子和陰離子的水(廢水)。象這樣一組電解槽可以用于產(chǎn)生含有低濃度溶解離子的水。在這種情況下，在中間富集腔室中有陰離子和陽離子通過在腔室相對兩側(cè)處的隔膜，并且富集的鹽溶液(而不是酸性和堿性溶液)通過這些腔室流出。在這種配置中，只有在最外側(cè)的腔室(其中裝有電極)中才有酸性和堿性溶液釋放出。盡管這一系統(tǒng)也用于拋光水，但其與本發(fā)明的技術(shù)完全不同。另外，其組件包括大量的獨立腔室，并且每一個腔室都設(shè)計復(fù)雜。大量的隔膜增加了從富集腔室泄漏(即使在一片隔膜中有一很小的孔洞就會致使系統(tǒng)失效)到純凈水腔室中，同樣大面積的隔膜提供了淤塞以及相對昂貴的可能性。本發(fā)明具有的顯著優(yōu)點是操作簡單、可靠以及更低的成本。
電化學(xué)去離子(美國專利5,584,981)這一方法和上述發(fā)明非常相似，不同的是離子交換物質(zhì)是由多孔層構(gòu)成以使供給溶液中的水和離子一起通過離子交換片。
純化的離子交換樹脂和方法(美國專利5,259,936)將要純化的樹脂放入上面所說的(美國專利4,632,745)“Elix”形式的結(jié)構(gòu)的去離子腔室中。用一組大量的離子交換隔膜對該工藝再次進(jìn)行操作。
使用雙極界面純化樹脂的方法(美國專利5,211,823)該專利所揭示的離子交換樹脂再生的方法，是在如美國專利4,632,745所述的電去離子裝置中的腔室里進(jìn)行的。但是，每一個稀釋腔室(含有一個被稱為陰離子和陽離子交換膜)再次被雙極隔膜所分開(陰離子滲透面朝向陰離子滲透隔膜，陽離子滲透面朝向陽離子滲透隔膜)。在這樣形成的次腔室里分別填充陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂。在電場(正電壓施加在陰離子交換側(cè)，負(fù)電壓施加在陽離子交換側(cè))的作用下，水在雙極隔膜中分離為OH-和H+，這些離子分別遷移到陰離子和陽離子樹脂床，并替換相應(yīng)的陰離子和陽離子。這些穿過陰離子和陽離子滲透隔膜從腔室流出的物質(zhì)進(jìn)入由一系列平行排置的夾層構(gòu)成的富集腔室。由此，富集的鹽溶液被去掉，留下OH-和H+形式的陰離子和陽離子樹脂。在最外側(cè)的兩個富集腔室(電極放置在這兩個腔室里，并在這里產(chǎn)生OH-和H+)陰離子和陽離子分別被以O(shè)H-和H+形式而除去。這一系統(tǒng)太復(fù)雜，其中包括多層的陰離子、雙極和陽離子隔膜，同樣，它們存在潛在的泄漏和淤塞的可能。再者，實際上這一系統(tǒng)是電滲析系統(tǒng)而不是電化學(xué)再生系統(tǒng)，因為它基本是依賴于電場和雙極隔膜來產(chǎn)生用于再生目的的OH-和H+，而不是以連續(xù)電解水而產(chǎn)生OH-和H+。
利用離子交換劑去除水溶液中礦物質(zhì)的方法和裝置(美國專利5,423,965)該專利所揭示的電化學(xué)再生陽離子交換樹脂床的方法是將其放置在一對電極之間，用H+離子替代陽離子。這些H+離子移向陰極，并與那里產(chǎn)生的OH-結(jié)合。在傳統(tǒng)的方法中通常是用堿性溶液化學(xué)地再生陰離子交換劑。但是，在這里兩種樹脂床的再生并不是同時發(fā)生，但同時產(chǎn)生H+和OH-并兩者借助其電性遷移通過樹脂床。它更象是用電化學(xué)再生單一樹脂床，然后流出物被用作另一樹脂床的常規(guī)再生。
電化學(xué)離子交換(英國專利申請GB 2,178,759A；申請?zhí)?614401)該專利說明書公開了電化學(xué)再生單一的陽離子交換樹脂床或陰離子交換樹脂床。它包括建立一個電化學(xué)電池，即工作電極周圍是離子交換樹脂，并將其放置在由該電極(并因此也從樹脂里交換出離子)所產(chǎn)生的離子能夠滲透的腔室中。將整個腔室浸入放置了相反電極的電解液中以組成電化學(xué)電池。在這種情況下工作電極是陽極，產(chǎn)生H+，并且用電極周圍的陽離子交換樹脂替換相應(yīng)的離子，這些離子遷移通過離子滲透腔室并和在陰極(大概是OH-)產(chǎn)生的離子結(jié)合。然后除去再生的樹脂以備使用。相反極性的類似系統(tǒng)可以用作再生陰離子交換樹脂。該專利也包括電化學(xué)再生，但是本發(fā)明系統(tǒng)的新穎性在于由于在陰極和陽極分別產(chǎn)生OH-和H+，所以能同時再生一對陰離子和陽離子交換樹脂床，并連續(xù)有效地利用所有產(chǎn)生的離子以及同時再生整個的去離子系統(tǒng)。本發(fā)明即使以混合床形式，在任何一個循環(huán)中，陰離子樹脂是一個混合床，而陽離子樹脂是另外一個混合床，并同時被再生。
再生離子交換物質(zhì)的方法和裝置(國際專利申請?zhí)朜o.W089/00453)該專利說明書公開了離子交換樹脂再生的方法，是通過將交流電壓或脈沖直流電壓施加在含有陰離子交換或陽離子交換樹脂的電化學(xué)電池上而使其再生的。還記載了一種兩床系統(tǒng)，其中一床含有陰離子交換樹脂，另一床含有陽離子交換樹脂，并且這兩床被一電極和一液態(tài)層所分隔。對其施加一高頻(1KHz～10MHz)交流電壓(數(shù)千伏特)。這一系統(tǒng)在概念上與本發(fā)明完全不同，假如兩者有任何共同點話就在于都要求使用電來再生離子交換樹脂。
離子交換樹脂再生的方法(印度專利15 08 70)該專利所揭示的方法是在電化學(xué)電池中部分再生離子交換樹脂。在該專利說明書中，電極是埋入在離子交換樹脂腔室的中央。相反，本發(fā)明設(shè)計的夾層系統(tǒng)(樹脂包含在兩個電極之間)基本達(dá)到其成功的操作性能。再者，在該專利所說方法的再生過程中沒有液體釋放，也就意味著鹽的積累導(dǎo)致在水中的鹽與樹脂上的鹽之間達(dá)到平衡而阻止進(jìn)一步再生。在給出的實施例中，每一次鹽溶液通過樹脂床的數(shù)量只達(dá)樹脂床總?cè)萘康?0％。只有四分之一的溶液被通過，因此不清楚是再生發(fā)生到何種顯著的程度，或是去鹽僅僅是由于存在未使用的樹脂，并不需要從溶液中去除鹽。通過電流后流出溶液的導(dǎo)電性的不同可能僅僅是由于H+/Na+和OH-/Cl-離子的遷移率的不同。最高純度可達(dá)到與水的277微歐姆導(dǎo)電率(3600歐姆水)一致。
本發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明所陳述的方法和裝置能連續(xù)生產(chǎn)凈化水和連續(xù)再生離子交換物質(zhì)床。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面是提供一種凈化水流的裝置，包括至少兩種離子交換物質(zhì)床，一種是陰離子交換物質(zhì)和第二種是陽離子交換物質(zhì)，兩個未通過至少一個連接處連接，該連接處能使離子滲透通過；使待凈化的液體連續(xù)流過一個和另一個床的結(jié)構(gòu)，至少有一對電極，它的每一電極分別與相應(yīng)的物質(zhì)床連在一起以使在所說的每一電極和所說的連接處之間至少夾著一些離子交換物質(zhì)；在所說的電極對之間施加電勢的設(shè)施，其作用是在它們之間產(chǎn)生一電場并再生所說的離子交換物質(zhì)。
根據(jù)又一方面，本發(fā)明提供一種凈化水流的裝置，包括至少兩個離子交換物質(zhì)床，每一個床含有陰離子和陽離子凈化物質(zhì)的混合物，兩個床之間通過至少一個連接處連接，連接處能使離子滲透通過；使待凈化的液體連續(xù)流過一個和另一個床的結(jié)構(gòu)，至少有一對電極，它的每一電極分別與相應(yīng)的物質(zhì)床連在一起以使在所說的每一電極和所說的連接處之間至少夾著一些離子交換物質(zhì)；在所說的電極對之間施加電勢的設(shè)施，其作用是在它們之間產(chǎn)生一電場并再生所說的離子交換物質(zhì)。
本發(fā)明還提供一種凈化液流的方法，包括的步驟為使得待凈化液流連續(xù)通過至少一對離子交換物質(zhì)床，一種是陰離子交換物質(zhì)和第二種是陽離子交換物質(zhì)，床之間至少有一個連接點，連接處能使離子滲透通過；通過在一對電極之間施加電勢，其中每一個電極分別與相應(yīng)的物質(zhì)床相連接，以便在兩電極之間產(chǎn)生一電場，從而連續(xù)地再生所說的離子交換物質(zhì)床，所說電極這樣放置以使在每一個所說電極和所說連接處之間夾著的至少一些離子交換物質(zhì)。
當(dāng)使用分開的陰離子和陽離子交換物質(zhì)床時，陰極放置在陰離子交換物質(zhì)床中以及陽極放置在陽離子交換物質(zhì)床中。要凈化的液流加入其中的一床中，最好是從一床的底部加入。然后液流被允許流過并流出第一床而進(jìn)入第二床，最好從第二床的底部進(jìn)入。然后液流流過第二床在這里離子被凈化。從第二床排出的液流作為凈化液流。
然而這些過程的發(fā)生是在連接離子交換物質(zhì)床的電極之間施加了一電勢而使電極之間產(chǎn)生了一電流。這樣產(chǎn)生的電場連續(xù)存在于充填在兩電極之間的離子交換物質(zhì)中，發(fā)生水的還原和氧化而分別在陰極和陽極產(chǎn)生氫氧根離子和氫離子。電場使污染物離子被離子交換物質(zhì)床吸附收集，在床連接處形成鹽。污染物離子在離子交換物質(zhì)中被電極產(chǎn)生的氫氧根離子和氫離子所替代。在床的連接處附近，從該處的一側(cè)或兩側(cè)產(chǎn)生一小股細(xì)流帶走形成的鹽，流到外部收集器中。根據(jù)本發(fā)明，以這種方式，床中的離子交換物質(zhì)被連續(xù)地再生，同時也產(chǎn)生凈化水。這一方法允許在相當(dāng)長期間內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生凈化水而不必打斷該過程以再生離子交換床。
當(dāng)使用的床填充了混合的陰離子和陽離子交換物質(zhì)時，要凈化的液體可以通過單一的床或由離子交換物質(zhì)組成的多個床。在這種情況下，通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫和氫氧根離子與離子交換床接觸。這些產(chǎn)物通過液流流過電極可以沖洗掉。陰極和離子交換床最好是用陽離子隔膜分開以及陽極和離子交換床用陰離子交換膜分開。在這種情況下鹽的分離是通過混合離子交換物質(zhì)吸收液流中的鹽而完成的。由于施加電場的存在，在電極之間產(chǎn)生了電流使得離子交換床中的離子定向遷移并在床的連接處以鹽形式積聚。如前所述，在鄰近床的連接處的一小股細(xì)流將積聚的鹽除去。隨著這鹽不斷地從床中除去而液流中的鹽不斷地替換而凈化，結(jié)果使進(jìn)入該裝置的液流不斷地凈化。
優(yōu)選地，要凈化的液流通過離子交換物質(zhì)床的流向至少有一部分與在電場作用下的離子的流向不同，更優(yōu)選的是流向相反或成直角。
在本發(fā)明的第二方面中，離子交換物質(zhì)床的連接處可使陰離子或陽離子或陰陽離子都能滲透通過，而基本限制或阻止水流通過。在這種方式下在離子交換物質(zhì)床之間存在一離子接觸通道而基本不允許水通過。這就抑制了由于待凈化的液流所導(dǎo)致的離子交換物質(zhì)床的水壓短路。
在本發(fā)明這一方面的優(yōu)選實施方案中，這樣的連接處可以通過使用陰陽離子交換膜而形成從而使兩個離子交換物質(zhì)床分開。更優(yōu)選使用陽離子交換隔膜。這樣的隔膜例子有NafionTM(DuPont)、TosflexTM(TOSH)或IonacTM(Sybron Chemicals Inc.)。
形成連接處的另一方法是將離子交換樹脂充填在網(wǎng)中以使水流通過充滿的網(wǎng)柵有很大的阻力。樹脂顆?？梢詨喝氩⒎胖迷趩尉W(wǎng)的網(wǎng)柵中或在夾入在兩個或多個網(wǎng)柵之間。例如，具有較大網(wǎng)孔的網(wǎng)柵可以用作承接樹脂顆?；A(chǔ)支撐物，然后再夾入在另外兩個網(wǎng)孔更細(xì)的網(wǎng)柵之間。優(yōu)選，在所有這些網(wǎng)柵由中相對惰性的非導(dǎo)電物質(zhì)構(gòu)成。
假如需要，在床連接處附近的用于沖掉鹽的液流可通過分流器分配。
在操作本發(fā)明時，希望減小離子流通過離子交換物質(zhì)床的電阻。
在本發(fā)明中的第三方面，是發(fā)現(xiàn)了通過施加壓力使離子交換物質(zhì)床壓縮有可能使離子流通過床的阻力降低兩倍或更多。
如何實現(xiàn)這一壓縮的優(yōu)選實施方案是將電極結(jié)構(gòu)埋入床中或放置在床的表面，對夾在電極和床連接處之間的離子交換物質(zhì)施加壓力?？梢岳玫碾姌O結(jié)構(gòu)是用穩(wěn)定結(jié)構(gòu)部件加固了的，當(dāng)施加壓力時能防止不適當(dāng)?shù)膹澢?br> 在本發(fā)明這一方面的另一實施方案中，獨立的壓縮的結(jié)構(gòu)可以放置在與樹脂床相接觸的電極結(jié)構(gòu)上。例如，這可以是含有離子交換物質(zhì)容器的蓋子，在填裝物質(zhì)時使離子交換物質(zhì)過滿地填充給容器，在給容器裝上蓋子時就可以實現(xiàn)壓縮。
除了壓縮離子交換物質(zhì)之外，還有其它方法降低其對離子流的阻力。傳統(tǒng)的用于水凈化的離子交換物質(zhì)是以小珠狀形式的。本發(fā)明的第四方面是發(fā)現(xiàn)離子交換物質(zhì)制成其它結(jié)構(gòu)時，用于床中時其比樹脂顆粒更能降低對離子流的阻力。其它結(jié)構(gòu)的例子有細(xì)絲狀的離子交換物質(zhì)或大孔隙獨石狀物質(zhì)。這些結(jié)構(gòu)能夠通過任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ频谩?br> 例如，大孔隙獨石可以通過向適當(dāng)?shù)木酆险吵砦镏屑尤氚l(fā)泡劑而制成。細(xì)絲狀的離子交換物質(zhì)例如可以通過對聚合物的熔融吹絲，并緊接著將其紡絲粘結(jié)，或用相似方法處理形成重疊的無紡細(xì)絲的片。這些片隨后可以隨意地壓縮和堆積或纏繞以形成多孔的大塊離子交換物質(zhì)。形成細(xì)絲的聚合物在形成細(xì)絲以前可以含有離子交換類物質(zhì)，或在形成片以后通過化學(xué)處理方法在聚合物上形成離子交換基團(tuán)。適合本發(fā)明的這一方面的聚合物的例子是聚苯乙烯或聚丙烯酸脂。適宜的離子交換基團(tuán)的例子是磺酸脂、羧酸、胺和季胺。降低混合離子交換物質(zhì)的離子流阻力的方法是使用細(xì)絲物質(zhì)，如上所說一些細(xì)絲含有陽離子交換基團(tuán)和一些陰離子交換基團(tuán)。這兩種類型的纖維狀物均勻地分布在組裝的大塊離子交換物質(zhì)中。
另一方法是使用細(xì)絲狀、小珠或獨石狀的合適的聚合物質(zhì)，并且在起化學(xué)反應(yīng)之前或之后制成這種物質(zhì)結(jié)構(gòu)以使最終的離子交換物質(zhì)含有混合的陽離子和陰離子聚合物質(zhì)。例如，聚苯乙烯小珠可以這樣化學(xué)處理使每一個小珠都含有陽離子交換物質(zhì)和陰離子交換物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面是提供一凈化液流的裝置，包括至少含有兩種離子交換物質(zhì)的床，一種是陰離子交換物質(zhì)和第二種是陽離子交換物質(zhì)，在床之間至少有一個連接點以使它們之間形成一連接處，使要凈化的液流流過每一個床的設(shè)施，該床是單一床或是至少含有陰離子交換物質(zhì)的床和至少含有陽離子交換物質(zhì)的床，所說的含有離子交換物質(zhì)的床是以一排放置的，并且至少具有一對電極與所說的排相連接，在所說的電極和所說的床連接點或連接處之間施加電勢的設(shè)施。
在本發(fā)明的這一方面的一個實施方案中，使用了一對離子交換床，以及在離子交換物質(zhì)床之間形成了兩種連接。在第一種連接方式中，電勢是施加在兩床的連接處，這樣使停留在離子交換物質(zhì)上的可移動的陽離子和陰離子分別從連接處被吸走而分別進(jìn)入離子交換物質(zhì)床中。這將使水在連接處分解成氫離子和氫氧根離子。這樣形成的氫離子和氫氧根離子然后在施加的電場作用下遷移通過離子交換物質(zhì)床而不斷再生物質(zhì)。在第二種連接方式中，電勢是施加在連接處之間，這樣使存在于床中的陽離子和陰離子被吸至連接處并在那里形成鹽。這些鹽由在鄰近連接處產(chǎn)生的一小股水流從床中帶走。設(shè)置在連接處的底部的排水槽有助于排盡鹽溶液。
在本發(fā)明的這一方面的一個實施方案中，采用多對離子交換物質(zhì)床，將其排列成一列，每一個離子交換物質(zhì)床至少具有兩個連接處，一個與近鄰的床相接，或者與一個含有電極的腔室相接。在這種情況下，當(dāng)施加一電勢時，一個連接處的作用是氫離子或氫氧根離子的產(chǎn)生源，而第二個連接處作為從床中去除污染物離子的場所。
根據(jù)本發(fā)明這一方面的優(yōu)選形式，連接處可以這樣形成，例如，在僅僅鄰接的兩個交換物質(zhì)床間使用紡織網(wǎng)或其它大孔隙隔膜使其分開，將形成網(wǎng)或其它多孔物質(zhì)壓入離子交換物質(zhì)中，或使用半滲透隔膜將床分開。在這種連接情況下，在連接處水被分解，半滲透隔膜可以是雙極隔膜或陽離子或陰離子或陽離子和陰離子可滲透隔膜。在這種鹽富集在連接處的情況下，隔膜可以是陽離子或陰離子或陽離子和陰離子可滲透隔膜。這樣隔膜的例子是NafionTM(DuPont)、TosflexTM(TOSH)或IonacTM(Sybron Chemicals Inc.)。
用于本發(fā)明實施方案的電極可以由在使用條件下呈惰性物質(zhì)制成。優(yōu)選，陽極是由金、鉑、鈀、銥、碳或更優(yōu)選包覆金、鉑、鈀或銥的鈦構(gòu)成。陰極優(yōu)選由金、鉑、鈀、銥、碳、不銹鋼、銀、銅、鈦或包覆金、鉑、鈀或銥的鈦構(gòu)成。
在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，通過每一個離子交換物質(zhì)床的液流壓力能保持基本相等。在這種情況下，床之間不能有連接點這樣會充分限制液流通過連接點，所以簡單將相鄰近交換物質(zhì)連成一體。在床之間的水壓相等通過供料口之間的供給液流提供一條通向各個床的通道而更好地實現(xiàn)。例如可以使用共用多支管使液流供給所有的床。
當(dāng)希望待凈化的液體最好連續(xù)通過一個以上排列的離子交換物質(zhì)床時，床之間必須至少有一些床連接設(shè)施，以使在操作過程中盡管在連接處存在水壓差，但基本上能夠限制液流通過連接處。例如，假如要凈化的液流是這樣的，對于每一對陽離子/陰離子交換物質(zhì)床來說，液流首先流過一種類型的離子交換物質(zhì)床，然后再通過鄰近的相反類型的離子交換物質(zhì)床，在這些床之間連接處積累可能限制液流流過，但是水的分解的連接處卻不會限制液流。在這種情況下最好使用多支管一起將原料液流供給第一離子交換物質(zhì)床以便使每一對床之間的水壓相等。
又一方面，本發(fā)明提供一種這樣的方法，即至少在離子交換物質(zhì)的兩個區(qū)域間形成一個連接處，其步驟包括在所說的區(qū)域之間提供一個具有致密堆積結(jié)構(gòu)的離子交換物質(zhì)以形成所說的連接，所說的結(jié)構(gòu)具有的堆積密度足以能充分限制液流通過所說的連接處。
附圖的簡要說明現(xiàn)在僅通過實施例陳述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，其所參照的附圖如下；

圖1是說明本發(fā)明第一方面的一個優(yōu)選實施方案的示意圖；圖2是說明本發(fā)明第一方面的第二個優(yōu)選實施方案的示意圖；圖3是說明本發(fā)明第一方面的第三個優(yōu)選實施方案的示意圖；圖4是說明本發(fā)明第五方面的一個優(yōu)選實施方案的示意圖；圖5是說明本發(fā)明第五方面的第二個優(yōu)選實施方案的示意圖；和圖6是說明本發(fā)明第五方面的第三個優(yōu)選實施方案的示意圖。
本發(fā)明的實施方法參照圖1，兩個容器17和18分別含有陰離子交換物質(zhì)10和陽離子交換物質(zhì)11。它們通過一片陽離子交換隔膜4在兩個床之間形成離子導(dǎo)通連接，能充分防止水通過該隔膜。
要凈化的液流經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆峙淦鲝年庪x子床10的底部5供給以保證液流在床中以希望的方式流動，液流上升通過床并在端口6流出。收集器可以任意放置在床10的頂部附近與端口6之間，再次保證液流在床中以希望的方式流動。然后液流經(jīng)過管道7，借助第二個分配器輸送供給陽離子床11的底部8。凈化水從床11的9處流出，任選地再次通過適當(dāng)?shù)氖占?，?br> 作為一個例子，讓我們假設(shè)需要凈化的液流是含有氯化鈉的水溶液。當(dāng)溶液上升通過床10時，氯離子被離子交換物質(zhì)所吸收并被氫氧根離子所替代。吸收幾乎都發(fā)生在床10的底部附近。因此液流作為氫氧化鈉溶液從6排出。然后，這溶液供給陽離子交換物質(zhì)床11。當(dāng)溶液上升通過床11時，鈉離子被陽離子交換物質(zhì)所吸收，又幾乎在床的底部被氫離子所替代，氫離子和存在的氫氧根離子反應(yīng)形成水。然后凈化水從裝置中的9排出以備使用。
在液流供給床以被凈化的同時，通過電源19在電極2和3之間施加了一電勢。該電勢值足夠大到使水在陰極2發(fā)生還原在陽極3發(fā)生氧化，這些電極是由包覆鉑的鈦網(wǎng)制成的。水的還原反應(yīng)產(chǎn)生等摩爾的氫氣和氫氧根離子14，而水的氧化反應(yīng)產(chǎn)生等摩爾的氧氣和氫離子13。產(chǎn)生的少量氣體溶于液流中并和凈化水一起從9排出。在容器17和18的頂部的任意位置設(shè)置適當(dāng)?shù)耐ǖ朗谷魏畏e累的氣體能從其去除。
由于在雙極之間施加了電勢，電場的存在使陰離子14和16吸向陽極3以及將陽離子13和15吸向陰極2。這使陰離子14向下通過陰離子交換物質(zhì)床和使陽離子13向下通過陽離子交換物質(zhì)床。所以鈉離子15和氯離子16不斷沉積在離子交換物質(zhì)床的底部，正是這些離子而不是氫氧根離子或氫離子趨于達(dá)到床的連接處。因為氫氧根離子14和氫離子13達(dá)到連接處而反應(yīng)生成水，從而導(dǎo)致本系統(tǒng)中庫侖定律失效，這正是所希望的。在電極上產(chǎn)生的氫氧根離子和氫離子13、14趨于向下遷移通過床并替代氯離子或鈉離子15、16，后者朝床連接處4遷移。這種在離子交換物質(zhì)中不斷地補(bǔ)充氫氧根離子和氫離子以保證液流凈化過程能連續(xù)不斷地進(jìn)行。
陰離子趨于向陽離子交換隔膜和陰離子交換物質(zhì)之間的界面處遷移，陽離子交換隔膜形成床之間的連接，陰離子基本上不能滲透通過陽離子交換隔膜。陽離子從床11通過陽離子交換隔膜與在陽離子交換隔膜/陰離子交換物質(zhì)界面4處的陰離子結(jié)合形成鹽。供給液流的一小部分允許從陰離子交換床的12出排出。這一液流用作是將在陽離子交換隔膜/陰離子交換物質(zhì)界面4處形成的鹽帶走。事實上在界面上形成的富集鹽溶液的濃度要高于殘留在床中的液體的濃度，并因此趨于下降至排出口12，這樣有助于從這一界面去除鹽。通過使在床連接處附近處的容器18的底部傾斜(如排出口12設(shè)置在最低點)，能進(jìn)一步促使這一過程。
如圖2所示在本發(fā)明的第二個優(yōu)選實施方案中，多個離子交換物質(zhì)30床21放置在電極22和23之間。根據(jù)這個實施方案，離子交換床中可以含有混合的陰離子和陽離子交換物質(zhì)30。這些床是這樣的，即可以流過每一個床底部的液流流過相對較直的通道。例如，如圖2所示，液流從床的底部25流入并從床的頂部26流出。在另一個優(yōu)選實施方案中，要凈化的液流流過夾層式的幾個床，以相同方向或在鄰近床中改變方向。在這種情況下，液流通過這些床時可以連續(xù)凈化直至排出凈化液流。隨著待凈化液流流過這樣一堆床，鹽如前一個實施方案所說的那樣從每一個連接處去除直到從這一堆床中流出的液流凈化至所要求的程度。通過將適當(dāng)?shù)囊毫鞣峙淦骱褪占飨到y(tǒng)放置在床端部，使導(dǎo)入的要凈化液流不會干擾在隔膜/交換物質(zhì)界面處鹽富集附近的液流。這能保證富集的鹽從排出口24被沖掉并充分防止其混入待凈化的液流中。
根據(jù)這個實施方案，陽極23放置在離子交換物質(zhì)床組21的一端并通過陰離子交換隔膜28任意地將鄰近的離子交換物質(zhì)床分開。同樣，陰極22放置在離子交換物質(zhì)床組的另一端并通過陽離子交換隔膜27任意地將鄰近的離子交換物質(zhì)床分開。
當(dāng)在電極之間施加一電勢時，在電極上不斷產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物，必須產(chǎn)生一液流使其流過電極以便于將這些產(chǎn)物帶走。這一液流可以直接廢棄或放出一小部分含有電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的液流并加入一小部分新鮮液流而循環(huán)通過電極附近。
本發(fā)明的第三個實施方案如圖3所描繪的。這個圖描繪了三個單元夾在一起并想示意性地說明假如需要，無論是一個單元或是多個單元都能組裝成實施裝置。在這個實施方案中，容器21填充了混合的陰離子和陽離子交換物質(zhì)30。每一個容器被一中央隔板29所分開，隔板向上延伸至床的高度和床的長度的位置處。要凈化的液流從每個單元的25進(jìn)入，向上通過床越過隔板29，再在另一側(cè)向下從26作為凈化液流排出。
當(dāng)這液流在被凈化時，在陰極22和陽極23之間施加了一電勢。這使水在電極上產(chǎn)生還原和氧化以及使陽離子被吸向陰極22和陰離子被吸向陽極23。例如通過陽離子交換隔膜27將容器21中的離子交換物質(zhì)30的床互相連接起來以便于離子輸送。如前面的實施方案，鹽趨于在陽離子交換隔膜27和最靠近陰極22一側(cè)的離子交換物質(zhì)之間的界面上富集。這些鹽再通過一小股液流從容器中的24排出而去除。不是非要用混合離子交換物質(zhì)來鄰接陽離子交換隔膜27，任選地一些陰離子交換物質(zhì)可以放置在鄰接陽離子交換隔膜27最靠近陰極22一側(cè)和/或陽離子交換物質(zhì)鄰接隔膜的最靠近陽極23的一側(cè)。這有助于保證在界面上將離子去除而不再進(jìn)入被凈化的液流中。也可以任意使用一片陰離子交換隔膜28以阻止在陰極22形成的氫氧根離子進(jìn)入交換物質(zhì)床。
當(dāng)在電極22和23之間施加一電勢時，一小股液流導(dǎo)入之中以提供用于電極反應(yīng)的水和以便于將電極反應(yīng)產(chǎn)物帶走。這一液流可以直接廢棄或放出一小部分含有電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的液流并加入一小部分新鮮液流而循環(huán)通過電極附近。
參照本發(fā)明的第五方面的第一實施方案，如圖4所示，要凈化的液流49經(jīng)過公用的多支管54進(jìn)入一排的離子交換物質(zhì)床41。液流向上經(jīng)過陽離子44交換物質(zhì)床或陰離子45交換物質(zhì)床。通過這樣過程，供給的液流中的陽離子或陰離子分別被氫離子或氫氧根離子所替代。然后液流產(chǎn)物50經(jīng)過公用的多支管53從床中排出。在這發(fā)生的同時，在陰極42和陽極43之間施加了一電勢以使在電極之間有電流流過。電極與離子交換物質(zhì)床被陽離子交換隔膜51或陰離子交換隔膜52所分開。這使污染離子(這里所示的為鈉離子和氯離子)向床的連接處47遷移。在床的連接處47污染的離子結(jié)合形成鹽。水槽48有開向裝置的外側(cè)的排放口，它產(chǎn)生一小股液流流向連接處47并進(jìn)入水槽48。這液流使在連接處47形成的鹽被沖入水槽48中并從床44、45中去除。所示在連接處46底部的水槽48是任選的，并且當(dāng)處理供給液流具有相對高的溶鹽濃度時這是必須有的。與在離子交換物質(zhì)相中的可移動的離子濃度相比，在連接處46的液流中只有相對低濃度的離子。這些可移動的離子在電場的作用下被吸離床的連接處46，以便于在連接處之間運(yùn)載電流而水將分解為氫離子和氫氧根離子。由于電場的存在，然后這些離子分別遷移通過陽離子和陰離子交換物質(zhì)床，不斷地再生這些床。
根據(jù)這個實施方案，幾乎有一半的污染鹽將從供給液流49中除去，并且連接處46和4僅僅需要7在兩種物質(zhì)床之間的一界面或一片大孔隙材料如網(wǎng)孔材料或多孔片?？蛇x擇地，流入床的液流多支管裝置可以變化以使要凈化的液流首先通過一種離子交換物質(zhì)床，然后再通過第二種相反類型的離子交換物質(zhì)床。這可以充分地將所有溶鹽從要凈化的液流中除去。這要求連接處46或47或兩者都充分限制液流通過其中以阻止在鄰近的離子交換物質(zhì)床之間發(fā)生不希望的液流混合。
在這個實施方案的又一形式中，可以使用兩排如圖4所描繪形式的離子交換物質(zhì)床，以使通過第一排床而凈化的液流再進(jìn)入第二排床使其進(jìn)一步凈化。另外，根據(jù)該實施方案的這種形式，已經(jīng)通過第一排的陽離子交換物質(zhì)床的液流再被輸入第二排的陰離子交換物質(zhì)床。同樣，已經(jīng)通過第一排的陰離子交換物質(zhì)床的液流再被輸入第二排的陽離子交換物質(zhì)床。在這種方式下陰離子和陽離子都被從要凈化液流中除去。
根據(jù)該實施方案的這種形式，一對分離的電極可以與每一排床相連接或它們有一對公用電極。
在本發(fā)明的第五方面的第二個優(yōu)選實施方案中，如圖5所示，兩排床是這樣放置的，即一排放置在另一排的上面，而且在第一排的每一離子交換床的上面直接就是一相反類型的離子交換床。陰極電極42放置在這兩排離子交換床的一端而陽極電極43則放置在另一端。在這一實施方案中單一的陽極和陰極電極同時對兩排床提供電流。假如需要，可以用陽離子交換隔膜51或陰離子交換隔膜52將電極和離子交換床端分開，要凈化的液流49直接通過這兩排床。圖5上的其它數(shù)字所表示的結(jié)構(gòu)與圖4所定義的相同。
在這實施方案的第二種形式中，兩排床可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞脚帕?，只要使從第一排床流出的液流?jīng)過適當(dāng)?shù)倪B接器能夠供給第二排相應(yīng)的床。在該實施方案的這種形式中，一對分離電極被用于每一排床上。優(yōu)選將這些電極對串聯(lián)連接在一起。在該實施方案的這種形式中，希望將從第一排床流出的液流輸入第二排床的裝置是足夠長，并且所說裝置的橫截面足夠小，這樣離子流通過所說的裝置的阻力要大于由于施加的電場的作用，阻止離子流通過這排離子交換物質(zhì)床的阻力。這樣能防止離子交換床明顯的電短路。
在本發(fā)明的第五方面的第三個優(yōu)選實施方案中，一排離子交換物質(zhì)床的一端與第二排離子交換物質(zhì)床的一端有一連接處，該連接處允許兩床之間電連通而限制或充分阻止液流通過它。這樣的連接方式可用一離子交換隔膜。將第一排床流出的液流輸入第二排床的方式與第二優(yōu)選實施方案所提供的一樣。根據(jù)這第三實施方案，采用一對電極，其中陰極放置在一排連接的床的一端而陽極則放置在另一端。在這實施方案中各排的床可以連接成棒狀或成U形狀，或其它適當(dāng)?shù)男螤睢Ｈ鐖D6所示本實施方案所給出的是一例棒狀形狀。
在本發(fā)明的另一個方面提出了一形成床連接的方法。這一方法的應(yīng)用的連接方式可參照圖4、5和6中的46和47。根據(jù)這第一方面，將離子交換物質(zhì)形成堆垛致密的結(jié)構(gòu)以構(gòu)成連接處。這離子交換物質(zhì)可以是細(xì)粉末狀形式、壓縮的細(xì)絲物質(zhì)、旋轉(zhuǎn)粘結(jié)的細(xì)絲物質(zhì)或其它可以致密堆積的物質(zhì)。堆積物質(zhì)的致密度有這樣一個要求，即在操作中能夠充分地阻止液流通過這致密堆積的物質(zhì)，只有一小部分供給的水流能夠通過。這個阻力可以是通過其本身限制液流以達(dá)到所要求的程度，或這樣的連接阻力與閥或毛細(xì)管結(jié)合使用，當(dāng)其使用其中之一時使所希望的液流通過連接處或流出連接處并進(jìn)入水槽中。
優(yōu)選，每一個致密堆積物質(zhì)之間具有兩個鄰接區(qū)域，一個區(qū)域含有陰離子交換物質(zhì)而第二個區(qū)域含有陽離子物質(zhì)。含有陰離子交換物質(zhì)的區(qū)域面向陰離子交換床而含有陽離子交換物質(zhì)的區(qū)域則面向陽離子交換物質(zhì)床。任意地，一個或多個大孔隙片物質(zhì)或網(wǎng)放置在兩區(qū)域之間以使液流通過其的阻力與液流通過致密堆積物質(zhì)的阻力相比相對低一些。
當(dāng)在這一方面使用旋轉(zhuǎn)粘結(jié)物質(zhì)時，連接的結(jié)構(gòu)可以是其本身支承。當(dāng)使用細(xì)粉末物質(zhì)時，可以在網(wǎng)的外側(cè)形成一含有粉末的袋子。優(yōu)選足夠細(xì)的網(wǎng)以使粉末物質(zhì)充分保留在網(wǎng)內(nèi)但允許任意一些物質(zhì)擠出通過網(wǎng)。通過網(wǎng)擠出的物質(zhì)允許其在連接處的離子交換物質(zhì)和它的床物質(zhì)之間有更緊密地接觸，從而降低電阻。這擠出物質(zhì)可以任意地與粘結(jié)劑一起霧化以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的堅固。細(xì)粉末狀物質(zhì)也可以與粘結(jié)劑混合以形成自身支承的連接結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明這又方面的優(yōu)選實施方案中，離子交換物質(zhì)形成一楔形，楔形的最厚端在連接處的底部。根據(jù)這個實施方案，液流通過楔的薄的部分的阻力要小于液流通過楔的厚的部分的阻力，這就使液流通過致密堆積物質(zhì)進(jìn)入連接處時趨于選擇從連接處的頂部進(jìn)入。然后液流趨于沿連接處向下流動有助于除去假如需要除去的鹽。
只要不脫離本發(fā)明所陳述的精神實質(zhì)或范圍，可能能舉出更多的本發(fā)明的實施方案和范例，這都是可以理解的。
權(quán)利要求
1.一種凈化液流的方法，包括的步驟為將要凈化的液流順序地通過至少一對離子交換物質(zhì)床，其中一種是陰離子交換物質(zhì)而第二種是陽離子交換物質(zhì)，被連接的床至少有這樣一個連接點，在它們之間所形成的連接處離子是可滲透過的，通過在一對電極之間施加一電勢，其中每一個電極與相應(yīng)的物質(zhì)床相連接，由此在電極之間產(chǎn)生一電場，從而同時再生所說的離子交換物質(zhì)床，并且所說的電極被這樣放置，即在每一個所說電極與所說的連接處之間夾著至少一些離子交換物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的凈化液流的方法，其中陰極放置在陰離子交換物質(zhì)床中以及陽極放置在陽離子交換物質(zhì)床中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的凈化液流的方法，包括下列步驟將要凈化的液流供給其中的一床，并允許液流流入該床并從中排出，然后再供給第二床并允許流入通過第二床并在這里提取離子，作為凈化的液流從第二床排出。
4.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的凈化液流的方法，包括在床的連接處附近提供一小股液流以便將富集的雜質(zhì)去除的步驟。
5.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的凈化液流的方法，包括要凈化的液流通過離子交換物質(zhì)床的方向是這樣的，其中至少有一部分方向與在電場作用下離子的流動方向不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的凈化液流的方法，其中液流的方向與在電場作用下離子的流動方向相反或垂直。
7.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的凈化液流的方法，包括離子交換物質(zhì)床所形成的連接處是陰離子或陽離子或陰陽離子都可以滲透通過的，但卻能基本上限制或阻止液流通過。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的凈化液流的方法，其中連接處是通過使用一片陰離子或陽離子交換隔膜而形成以將兩個離子交換物質(zhì)床分開。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的凈化液流的方法，其中連接處是通過將離子交換樹脂小珠堆積在網(wǎng)柵而形成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的凈化液流的方法，其中形成所說連接處的樹脂顆粒是被壓入并固定在單一網(wǎng)的網(wǎng)柵中或夾在兩個或多個網(wǎng)柵中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的凈化液流的方法，其中網(wǎng)柵是由相對惰性的非導(dǎo)電的物質(zhì)形成的。
12.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的凈化液流的方法，包括對床或離子交換物質(zhì)床施加壓力使其壓縮以便降低床對離子流的阻力的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的凈化液流的方法，其中施加壓力的方法是通過放置在床里面或床表面的電極結(jié)構(gòu)施加壓力到夾在電極與床連接處之間的離子交換物質(zhì)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的凈化液流的方法，其中通過使用適當(dāng)結(jié)構(gòu)的隔膜增強(qiáng)了電極結(jié)構(gòu)以防止當(dāng)施加壓縮力時產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)膹澢?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求12的凈化液流的方法，其中施加的壓力是通過為含有離子交換物質(zhì)的床設(shè)置一蓋子來實現(xiàn)的，并且包括在組裝床的過程中將離子交換物質(zhì)填充過滿，這樣當(dāng)對床裝蓋子時，里面的物質(zhì)被壓縮的步驟。
16.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的的凈化液流的方法，其中離子交換物質(zhì)是細(xì)絲狀的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1～15中的任何一項的凈化液流的方法，其中離子交換物質(zhì)是大孔隙獨石狀的物質(zhì)。
18.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的凈化液流的方法，其中離子交換物質(zhì)是由化學(xué)處理的聚合物質(zhì)形成的。
19.凈化液流的裝置，包括至少兩個離子交換物質(zhì)床，其中一個是陰離子交換物質(zhì)和第二個是陽離子交換物質(zhì)，兩個床通過至少一個連接處連接，所述連接處是離子可滲透通過的，使待凈化的液體連續(xù)流過一個和另一個床的結(jié)構(gòu)，至少有一對電極，它的每一電極分別與相應(yīng)的物質(zhì)床連在一起以使在所說的每一電極和所說的連接處之間至少夾著一些離子交換物質(zhì)；在所說的電極對之間施加電勢的設(shè)施，其作用是在它們之間產(chǎn)生一電場并再生所說的離子交換物質(zhì)。
20.凈化液流的裝置，包括至少兩個離子交換物質(zhì)床，其中每一個床含有陰陽離子交換物質(zhì)的混合物，兩個床通過至少一個連接處連接，所述連接處是離子可滲透通過的，使待凈化的液體連續(xù)流過一個和另一個床的結(jié)構(gòu)，至少有一對電極，它的每一電極分別與相應(yīng)的物質(zhì)床連在一起以使在所說的每一電極和所說的連接處之間至少夾著一些離子交換物質(zhì)；在所說的電極對之間施加電勢的設(shè)施，其作用是在它們之間產(chǎn)生一電場并再生所說的離子交換物質(zhì)。
21.凈化液流的裝置，包括至少兩個含有離子交換物質(zhì)床，其中一個是陰離子交換物質(zhì)和第二個是陽離子交換物質(zhì)，兩個床通過至少一個連接處連接，使要凈化的液流通過每一個床的結(jié)構(gòu)，它或者通過單一一個床或通過一個至少含有陰離子交換物質(zhì)的床和至少含有陽離子交換物質(zhì)的床，所說的含有離子交換物質(zhì)的床以一排的方式放置，至少有一對電極與所說的排相連接，在所說的電極與所說的床連接處或連接點之間施加一電勢的設(shè)施。
22.根據(jù)權(quán)利要求19～21中任意一項的凈化液流的裝置，包括通過施加壓力使床或離子交換物質(zhì)床壓縮以降低床對離子流的阻力。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的凈化液流的裝置，其中施加壓力的結(jié)構(gòu)包括放置在床里面或床表面的電極結(jié)構(gòu)施加壓力到夾在電極與床連接處之間的離子交換物質(zhì)中。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的凈化液流的裝置，其中通過采用適當(dāng)結(jié)構(gòu)的元件增強(qiáng)電極結(jié)構(gòu)以防止當(dāng)施加壓縮力時產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)膹澢?br> 25.根據(jù)權(quán)利要求22的凈化液流的裝置，其中施加的壓力是通過為含有離子交換物質(zhì)的床設(shè)置一蓋子來實現(xiàn)的，并且在組裝床的過程中將離子交換物質(zhì)填充過滿，這樣當(dāng)對床裝蓋子時，里面的物質(zhì)被壓縮。
26.根據(jù)權(quán)利要求19～25中的任何一項的凈化液流的裝置，其中離子交換物質(zhì)是細(xì)絲狀的。
27.根據(jù)權(quán)利要求19～25中的任何一項的凈化液流的裝置，其中離子交換物質(zhì)是大孔隙獨石狀的物質(zhì)。
28.根據(jù)權(quán)利要求21的凈化液流的裝置，其具有一對離子交換床和在離子交換床之間有兩種形式的連接處，第一種形式的連接處具有一電勢施加在連接處之間以使存在于離子交換物質(zhì)中的可移動的陽離子和陰離子被吸離連接處而分別進(jìn)入陽離子和陰離子交換物質(zhì)床中，以及第二種形式的連接處具有一電勢施加在連接處之間以使分別存在于床中的陽離子和陰離子被吸向連接處并在此形成鹽。
29.根據(jù)權(quán)利要求21的凈化液流的裝置，其中所說的鹽被流向連接處附近的一小股液流以溶液形式帶走，并在連接處的底部提供一水槽有助于將鹽溶液沖走。
30.根據(jù)權(quán)利要求21的凈化液流的裝置，其具有多對離子交換物質(zhì)床，排列成一排，每一個離子交換物質(zhì)床有至少兩個連接處與鄰近的床連接或與含有電極的腔室連接，其中一對所說的連接處被施加了一電勢以使存在于離子交換物質(zhì)中的可移動的陽離子和陰離子被吸離連接處而分別進(jìn)入陽離子和陰離子交換物質(zhì)床中，以及另一對所說的連接處具有一電勢施加在連接處之間以使分別存在于床中的陽離子和陰離子被吸向連接處并在此形成鹽。
31.根據(jù)權(quán)利要求21～30中的任何一項的凈化液流的裝置，其中連接處是在鄰近的離子交換物質(zhì)床中使用織物網(wǎng)柵或其它多孔隙隔膜而形成的，在形成網(wǎng)柵或其它多孔隙物質(zhì)中加入了離子交換物質(zhì)并被壓縮，或使用半滲透隔膜將床分開。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的凈化液流的裝置，包括在一連接處水被分解，半滲透隔膜可以是一雙極性隔膜或一陽離子或陰離子或陽離子和陰離子可滲透隔膜。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的凈化液流的裝置，包括在一連接處鹽被收集，半滲透隔膜可以是一陽離子或陰離子或陽離子和陰離子可滲透隔膜。
34.根據(jù)權(quán)利要求21～33中的任何一項的凈化液流的裝置，其中液流通過每一個離子交換物質(zhì)床的壓力基本是相等的。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的凈化液流的裝置，其中在床之間壓力均等通過在原料入口處之間的供給液流提供一個通往各個床的連接通道而實現(xiàn)。
36.一種在離子交換物質(zhì)中至少兩個區(qū)域之間形成一連接處的方法，包括的步驟為在所說的區(qū)域形成所說的連接處之間提供一致密堆積結(jié)構(gòu)的離子交換物質(zhì)，所說的結(jié)構(gòu)具有一足夠的堆積密度以限制液流流過所說的連接處。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的在離子交換物質(zhì)中至少兩個區(qū)域之間形成一連接處的方法，其中離子交換物質(zhì)形成的致密堆積結(jié)構(gòu)是以細(xì)粉末或一壓縮的細(xì)絲物質(zhì)形成的。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37的在離子交換物質(zhì)中至少兩個區(qū)域之間形成一連接處的方法，其中的連接限制是結(jié)合使用了一閥門或毛細(xì)管以使所期望的液流量通過連接處。
39.根據(jù)權(quán)利要求36、37或38的在離子交換物質(zhì)中至少兩個區(qū)域之間形成一連接處的方法，其中致密堆積的物質(zhì)是在相互鄰近的兩個區(qū)域形成的，一個含有陰離子交換物質(zhì)而第二個則含有陽離子交換物質(zhì)。
40.根據(jù)權(quán)利要求36～39中的任何一項的在離子交換物質(zhì)中至少兩個區(qū)域之間形成一連接處的方法，其中每一個區(qū)域含有一種類型的離子交換物質(zhì)并放置在面向相同物質(zhì)類型的交換床上。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的在離子交換物質(zhì)中至少兩個區(qū)域之間形成一連接處的方法，其中在區(qū)域之間至少放置了一片大孔物質(zhì)或網(wǎng)柵，以相比于液流流過致密堆積的物質(zhì)，給液流提供阻力相對低的通道。
42.根據(jù)權(quán)利要求36～41中的任何一項的在離子交換物質(zhì)中至少兩個區(qū)域之間形成一連接處的方法，還包括以下步驟將形成連接處的離子交換物質(zhì)形成一楔形，楔形的最厚端在連接處的底部，這樣使液流通過楔形的更薄部分的阻力要小于其通過楔形更厚的部分，從而使液流通過致密堆積物質(zhì)進(jìn)入連接處時趨于優(yōu)先從連接處的頂部進(jìn)入。
全文摘要
一種凈化液流的方法和裝置,包括至少兩個離子交換物質(zhì)床(17,18),其中一個是陰離子交換物質(zhì)和第二個是陽離子交換物質(zhì)。床(17,18)至少被一個連接點所連接,這樣在它們之間形成一個離子可滲透的連接處(4)。要凈化的液流被順序地通過一床然后另一床。一對電極(2,3)被這樣提供,每一個電極分別與相應(yīng)的物質(zhì)床相連,這樣在每一個電極(2,3)和連接處(4)之間至少夾著一些離子交換物質(zhì),在一對電極(2,3)之間施加了一電勢以便在它們之間產(chǎn)生一電場并再生離子交換物質(zhì)(10,11)。在另外一種方案中,床中可以含有陰離子和陽離子交換物質(zhì)的混合物。提出了在床之間形成連接的一種方法。
文檔編號B01J47/06GK1273565SQ98809823
公開日2000年11月15日 申請日期1998年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月3日
發(fā)明者A·M·郝吉斯, P·奧絲瓦斯 申請人:Usf過濾分離集團(tuán)公司