度離子富集區(qū)cU出現(xiàn)在 CEM和AEM(彎曲的點(diǎn)線）的另一側(cè)。ED在F附圖I (c)被比較。
[0027] 附圖2在組裝前（左圖）和組裝后（右圖）的新的ICP脫鹽系統(tǒng)的示意圖。在兩個CEM (或者AEM)和兩個電極之間形成三個通道:在兩個IEM之間的一個通道被分為脫鹽通道和鹽 水通道(2和3)，以及在那里發(fā)生法拉第反應(yīng)的電極通道（1和4)。通道的高度和長度為0.2_ 和5-10mm。在兩個CEM之間的內(nèi)膜距離為2mm。
[0028] 附圖3a)具有兩個CEM的新的脫鹽/純化平臺的電流-電壓曲線。電流-電壓特性曲 線是通過在每30秒內(nèi)0.2V的不連續(xù)電壓跳躍增加電壓進(jìn)行測量。b-c)在通道分叉前的可視 化定性濃度曲線右邊(在附圖3c中的虛線），具有0.78μΜ Alexa Fluor 488<a〇mM的NaCl溶 液以10yL/min的流速流動。電極通過具有30yL/min的流速的IOmM的二堿鹽緩沖液進(jìn)行清 洗。
[0029]附圖4a)脫鹽流和鹽水流的電導(dǎo)率。當(dāng)IOOsec后脫鹽/鹽水流到達(dá)電導(dǎo)探針時電導(dǎo) 率開始相應(yīng)。即使ICP和脫鹽作用的發(fā)生與時間間隔無關(guān)，由于電導(dǎo)探針（17μυ的相對較大 的體積所以電導(dǎo)率的飽和需要發(fā)揮很長實踐GOOsechb)在20μΑ、60μΑ、100μΑ和200μΑ下的 電壓-時間曲線。在20μΑ、60μΑ、100μΑ和200μΑ下，電壓響應(yīng)顯示為2·5±0·4，10·1±1·0, 16.9±1.6，和38.6±5.6V。c)在100μA下在較低CEM的陽極側(cè)上的局部通讀曲線和強(qiáng)EC可用 0.78μΜ Alexa Fluor 488進(jìn)行顯示。耗盡區(qū)的厚度(在較低CEM上的黑色區(qū)域）以及富集區(qū) 的厚度(在較高CEM上的亮色區(qū)域)在1000 sec操作區(qū)間幾乎不變。IOmM的NaCl溶液以10μL7 min流速流動，并且電極通過30yL/min流速的二堿緩沖液進(jìn)行沖洗。所述通道的寬度和長度 分別為2.38mm和5mm。
[0030] 附圖5當(dāng)施加或不施加電壓時，在流體分叉后的a)熒光圖像和b)熒光強(qiáng)度曲線。微 粒僅負(fù)載在流體的教的部分，從而清楚地顯示出其運(yùn)動。在40V下，負(fù)電荷顆粒向上移動，并 且負(fù)電荷染料也向上轉(zhuǎn)移。作為結(jié)果，觀察到脫鹽流的暗色區(qū)域(低熒光強(qiáng)度)和鹽水流的 亮色區(qū)域(高熒光強(qiáng)度）。在熒光強(qiáng)度曲線上的峰值表示顆粒存在。
[0031] 附圖6時間-經(jīng)濟(jì)大型預(yù)富集器的示意圖。微孔膜(例如Ιμπι多孔膜)在兩個CEM之間 平行放置。由于ICP的渦流不穩(wěn)定性通過多孔膜在較低的通道中被分離，并且生物制劑（圓 點(diǎn)）穿過膜向上移動。
[0032] 附圖7 20倍預(yù)富集的Alexa Fluor 488的說明。a)預(yù)富集器的熒光圖像。觀察到在 流體上部中在較低流速和較高預(yù)富集染料中的混亂的渦流波動。b)在通道分叉之前(在附 圖8a中的虛線），熒光強(qiáng)度曲線向右移。我們能夠清楚地觀測到在脫鹽/過濾流(O-Imm)中染 料的置換（〇. 78μΜ-78ρΜ)，以及在預(yù)富集流（l-2mm)中燃料的富集(0.78μΜ-18ρΜ)。在脫 鹽/與富集通道中，分別在流速為1和20yL/min下使用IOmM的NaCl溶液。
[0033]附圖8預(yù)富集系統(tǒng)的時間響應(yīng):a)熒光圖像，b)熒光強(qiáng)度(染料濃度）曲線，以及c) 電流響應(yīng)。當(dāng)出=120(5041711^11時，局部染料濃度增加至333.3(179.5)倍，并且在預(yù)富集 流中的平均染料濃度增加至153.8(76.9)倍。使用IlOV的電壓。
[0034] 附圖9用于得到高流速的堆疊平臺（5個單元）的示意圖。綠色虛線表示離子耗盡 區(qū)，從而置換離子和生物制劑。樣品流(黑色粗箭頭)被分為新鮮脫鹽/過濾流和通過ICP的 預(yù)富集/鹽水流。電極沖洗溶液在CHM和電極之間循環(huán)。
[0035] 附圖IOa)具備兩個CEM或者AEM和具有多種鹽IOmM KCUNaCl和LiCl的ED的ICP平 臺的電流-電壓曲線。通過具有0.2V步驟從OV上升到IOV來測量電流響應(yīng)，具有30sec的延 遲。b)通過控制離子的極限電流密度(LCD)。2CEM和2AEM指的是分別具有兩個CEMs和AEMs的 ICP的平臺。
[0036]附圖11a-c)當(dāng)使用恒定電流時的電壓響應(yīng)，以及d-f)兩種形式的ICP平臺和ED的 鹽迀移速率，依據(jù)電解質(zhì)，此1(&和(1)，似(：1(13和6)，以及1^(：1((3和〇。在恒定電流下30〇86〇 操作期間對電壓響應(yīng)進(jìn)行測量，并且在電導(dǎo)率值飽和后，在30〇 SeC操作最后測量脫鹽流的 電導(dǎo)率滴劑。如在本發(fā)明做所描述的對鹽去除率進(jìn)行計算。2CEM和2AEM分別指的是具有兩 個CEMs和AEMs的ICP平臺。
[0037 ]附圖12a_c)當(dāng)使用恒定電流時的電壓響應(yīng)，以及d-f)兩種形式的ICP平臺和ED的 鹽去除率，依據(jù)系統(tǒng)ED(a和d)，具有2CEM的ICP(b和e)，以及具有2AEM的ICP(c和f)。在使用 恒定電流下，在300sec操作期間測量電壓響應(yīng)，并且在電導(dǎo)率值飽和后，在300sec操作最后 測量脫鹽流的電導(dǎo)率滴劑。如在本發(fā)明中所描述的對鹽去除率進(jìn)行計算。2CEM和2AEM分別 指的是具有兩個CEMs和AEMs的ICP平臺。
[0038]附圖13a_c)能量消耗，d-f)每個離子移動的能量，g-i)電流效率，以及j-Ι)兩種形 式的ICP平臺和ED的面積效率，依據(jù)電解質(zhì)KCl(a，d，g，j)，NaCl(b，e，h，k)dPLiCl(c，f，i， 1)。如在本發(fā)明中所描述的對三種指標(biāo)進(jìn)行計算。2CEM和2AEM分別指的是具有兩個CEMs和 AHMs的ICP平臺。
[0039] 附圖14a_c)能量消耗，d-f)每個離子移動的能量，g-i)電流效率，以及j-1)兩種形 式的ICP平臺和ED的面積效率，依據(jù)所述系統(tǒng)ED(a，d，g，j)，具有2CEM的ICP(b，e，h，k)，以及 具有2AEM的ICP(c，f，i，1)。如在本發(fā)明中所描述的對三種指標(biāo)進(jìn)行計算。22CEM和2AEM分別 指的是具有兩個CEMs和AEMs的ICP平臺。
[0040] 附圖15a)鹽去除率的轉(zhuǎn)化以及b)具有來自ED的兩個CEMs/AEMs的ICP平臺的電流 效率的轉(zhuǎn)化。2CEM和2AEM分別指的是具有兩個CEMs和AEMs的ICP平臺。
[0041 ]附圖16A和附圖16B電流效率轉(zhuǎn)化的機(jī)理。當(dāng)摩爾電導(dǎo)率> 1時，例如，在2CEM中的 NaCl，氯離子從脫鹽流中拖拽' 0.2 '的鈉離子，產(chǎn)生電流效率的20 %的增強(qiáng)（電流是' Γ )。當(dāng) 摩爾電導(dǎo)率〈1時，例如，在2AEM中的NaCl，氯離子固定在脫鹽流中的'0.2'的鈉離子，產(chǎn)生電 流效率的20%的減弱（電流是'1'）。
[0042]附圖17根據(jù)切變后的EC的高度的鹽清除率。所屬高度是用比例定律進(jìn)行計算。 [0043]附圖18具有兩個陽離子交換膜(CEMs)的離子交換樹脂（IER)-嵌入式ICP脫鹽平 臺，a)在較低的CEM和集成網(wǎng)格之間裝載陽離子交換樹脂(CERs)用于增強(qiáng)陽離子(α +)的傳 導(dǎo)以及分割耗盡區(qū)。b)裝載CERs和陰離子交換樹脂(AERs)的混合用于增強(qiáng)陽離子(α+)和陰 離子(?Π 的傳導(dǎo)并且分割耗盡區(qū)。陽離子α+(陰離子?Π 傾向于通過CERs(AERs)進(jìn)行傳遞而 不是電解質(zhì)(實線）。陰離子通過電解質(zhì)進(jìn)行傳遞，不用AERs(虛線）。
【具體實施方式】
[0044]本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的描述如下所示。
[0045]為了證明并表征新平臺的脫鹽/純化，通過將IEM和電解質(zhì)放入到聚二甲基硅氧烷 (PDMS)(附圖2)中制作樣品裝置。在由IOmM的NaCl溶液作為苦咸水模型中，添加熒光染料 (Alexa Fluor 488，Invitrogen ,Carlsbad，CA)用于表不ICP現(xiàn)象。使用FumasepiOFTAM-E，F(xiàn)TCM-E(FuMA_Tech CmbH, Germany),以及碳紙（Fuel Cell Store, Inc. ,Boulder, CO)分 別作為AEM、CEM、和電極。詳細(xì)的制作和操作過程與在Kwak et al. [4]中所描述的相同，該 文獻(xiàn)以引用的方式全部并入本發(fā)明。
[0046]附圖3a表示了電流-電壓曲線，并且用在兩個CEM之間的熒光染料是ICP可視化。具 體的，電流-電壓應(yīng)答可以歸類為歐姆(0-3V)，限幅(3-4.5V)和過幅(>5V)機(jī)制[4]。正如常 規(guī)的對流擴(kuò)散模型[2]所描述的，在歐姆機(jī)制(在附圖3b-c中的2.5)中觀測到在CEM附近的 線性濃度的下降和增加。針對這些線性濃度的變化，只有少量的離子能夠從CEM的陽極側(cè)被 置換/轉(zhuǎn)移。但是，在過幅機(jī)制中，觀測到電對流渦流和平臺耗盡區(qū)（在附圖3b-c中10V);大 多數(shù)離子從平臺區(qū)（在附圖3c中的低端CEM上的暗色區(qū)，10V)轉(zhuǎn)移到(在附圖3c中的上端CEM 上的光亮區(qū)，10V)。
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