一种滤芯及水处理设备的制作方法

[0001]
本实用新型涉及水处理技术领域，特别是涉及一种卷式滤芯及具有该卷式滤芯的水处理设备。


背景技术：

[0002]
离子交换是使用离子交换材料从液流中提取或去除液流中离子的方法之一。目前，离子交换已广泛应用于水的纯化与软化；海水、苦咸水淡化；溶液 (如糖液)的精制和脱色等各种应用。离子交换材料除了离子交换树脂球和粉末外，还有离子交换膜。离子交换膜是含有离子交换基团的、由高分子材料制成的薄膜，全部含有阳离子交换基团的为阳离子交换膜，全部含有阴离子交换基团的为阴离子交换膜。
[0003]
为了提供高处理的效果，滤芯的性能至关重要。现有技术中的滤芯，往往脱盐率和效率不能兼顾。因此，针对现有技术不足，提供一种卷式滤芯及具有该滤芯的电去离子装置以克服现有技术不足甚为必要。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种卷式滤芯及具有该滤芯的水处理设备，具有净水效果好，速度快的特点。
[0005]
本实用新型的目的通过以下技术措施实现。
[0006]
提供一种卷式滤芯，设置有由一张以上的膜片径向卷绕而成的膜结构及由膜片卷绕所形成的螺旋状的流道，液流方向平行于膜结构的中轴。
[0007]
优选的，上述的卷式滤芯，进水口和出水口分别设置于膜结构的两端。
[0008]
优选的，上述的卷式滤芯，构成膜结构的膜片展开后，平行于膜结构中轴的的一边定义为膜片的侧边，垂直于中轴的一边定义为端边；流道的进水口设置于膜片一侧的端边处，流道的出水口设置于膜片另一侧的端处。
[0009]
优选的，上述的卷式滤芯，膜结构端面的部分膜片的部分或者全部端边开设有进水口。
[0010]
优选的，上述的卷式滤芯，膜结构端面的部分膜片的部分或者全部端边开设有出水口。
[0011]
优选的，上述的卷式滤芯，膜片为反渗透膜、纳滤膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜或者双极膜。
[0012]
优选的，上述的卷式滤芯，膜片展开后呈矩形，以膜片的长边作为膜片的端边或者以膜片的短边作为膜片的端边。
[0013]
优选的，上述的卷式滤芯，膜片为双极膜，多个双极膜的朝向相同。
[0014]
优选的，上述的卷式滤芯，还包括导流网，电极与双极膜之间、双极膜与双极膜之间至少设置有一张导流网。
[0015]
优选的，上述的卷式滤芯，还设置有至少一对电极组，该电极组至少包括一个多孔
电极，一个电极装配于膜结构的功能通道内，另一个电极套设于膜结构的外侧。
[0016]
优选的，上述的卷式滤芯，所述多孔电极设置有多孔材料；或者设置有层叠设置的多孔材料和集电体；或者设置有层叠设置的集电体、多孔材料和离子交换膜；或者设置有叠层设置的多孔材料和离子交换膜。
[0017]
本实用新型还提供一种水处理设备，具有上述的卷式滤芯。
[0018]
本实用新型的卷式滤芯及具有该滤芯的水处理设备，设置有由一张以上的膜片径向卷绕而成的膜结构及由膜片卷绕所形成的螺旋状的流道，液流方向平行于膜结构的中轴，能够兼顾净水效率和净水效果。
附图说明
[0019]
利用附图对本实用新型作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的任何限制。
[0020]
图1是本实用新型一种卷式滤芯实施例1的结构示意图。
[0021]
图2是图1的“a-a”剖视图部分在脱盐状态时的示意图。
[0022]
图3是图1的“a-a”剖视图部分在再生状态时的示意图。
[0023]
图4是本实用新型一种卷式滤芯实施例4中的多孔电极的结构示意图。
[0024]
在图1至图4中，包括：
[0025]
第一电极100、第二电极200、
[0026]
膜片300、阳离子交换膜310、第一阴离子交换膜320、
[0027]
集电体130、多孔材料110、第二阴离子交换膜120。
具体实施方式
[0028]
结合以下实施例对本实用新型作进一步说明。
[0029]
本说明书提及的“去离子”即从待处理液体中除去离子，包括各种价态的阴离子和阳离子。在大部分情况下，“去离子”与“脱盐”具有同样的含义。在某些情况下，去离子也被称之为脱除矿物质。
[0030]
实施例1。
[0031]
一种卷式滤芯，设置有由一张以上的膜片径向卷绕而成的膜结构及由膜片卷绕所形成的螺旋状的流道，液流方向平行于膜结构的中轴。如图1所示，示意了一种液流方向平行与膜结构中轴的情形，液体从膜结构的端面进入，从下方的端面排出。对应地，卷式滤芯的进水口和出水口分别设置于膜结构的两端。
[0032]
构成膜结构的膜片展开后，平行于膜结构中轴的的一边定义为膜片的侧边，垂直于中轴的一边定义为端边；流道的进水口设置于膜片一侧的端边处，流道的出水口设置于膜片另一侧的端处。膜结构端面的部分膜片的部分或者全部端边开可以设有进水口。膜结构端面的部分膜片的部分或者全部端边可开设有出水口。具体开设的位置和开口大小，可以根据实际需要灵活设置。
[0033]
膜片展开后呈矩形，可以以膜片的长边作为膜片的端边或者以膜片的短边作为膜片的端边。若膜片展开呈正方形，则以任何一边作为端边或者侧边均可。
[0034]
膜片可为反渗透膜、纳滤膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜或者双极膜等，采用不
同的膜片实现不同的功能。
[0035]
还可包括导流网，电极与双极膜之间、双极膜与双极膜之间至少设置有一张导流网。导流网材料包括聚丙烯，尼龙，聚酯等网状材料，厚度在0.05-2mm 之间。通过导流网，形成流道，确保卷式滤芯准确有效工作。
[0036]
本实施例的滤芯，对螺旋卷式的流道中通入直进直出的液流，既能利用螺旋流道构成的长度，又能兼顾水处理的效率。
[0037]
实施例2。
[0038]
一种卷式滤芯，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：膜片300为双极膜，多个双极膜的朝向相同。采用双极膜，能提高水处理的效率。
[0039]
实施例3。
[0040]
一种卷式滤芯，其它特征与实施例1或2相同，不同之处在于：该卷式滤芯一对电极组以及由一张以上的双极膜卷绕而成的膜结构，该电极组至少包括一个多孔电极，每张双极膜由贴合在一起的阳离子交换膜和阴离子交换膜构成，构成同一张双极膜的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间无流道。
[0041]
一对电极组可以由两个多孔电极构成，也可以是由一个多孔电极和一个普通电极构成。普通电极如金属电极、具有钌钇涂层的钛电极、钌钇电极、碳电极、石墨电极等。
[0042]
其中，多孔电极可由多孔材料构成，或者由多孔材料和集电体层叠构成，或者由集电体、多孔材料和离子交换膜依次层叠形成。离子交换膜为阴离子交换膜或阳离子交换膜，当含有离子交换膜的时，多孔电极中的离子交换膜靠近双极膜。多孔电极中的阳离子交换膜或者阴离子交换膜可以根据实际需要灵活选择。
[0043]
多孔材料可以是具有大比表面的任意导电材料，比如，比表面大于100m2/g 的导电材料。在一些实施例中，多孔材料为疏水的导电材料。多孔材料具有孔径在0.5至50纳米之间的多孔结构。多孔材料可为活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨、碳纤维、碳布、碳气凝胶、金属粉末(如镍)、金属氧化物(如氧化钌) 和导电聚合物中的一种或多种制备而成的导电体。在某一实施例中，所述多孔材料是由活性炭制成的厚度在100至5000微米范围内的片状或板状结构，优选厚度在200至2,500微米范围内，另外，所述活性炭片状结构的孔径介于0.5至 20纳米之间，优选介于1至10纳米之间。
[0044]
采用多孔电极能够减轻卷式双极膜滤芯的结垢风险。由于离子交换膜中含有或者吸附有离子带电单位，因此，当多孔电极处离子的量不足以完成解吸附过程时，通过在离子交换膜中的离子被释放出来以帮助完成解吸附过程，使电极上的过量电荷得到缓冲。这样，结垢风险会大大降低。
[0045]
集电体用于与导线或电源相连接，也称作“集流体”。集电体由选自金属、金属合金、石墨、石墨烯、碳纳米管和导电塑料中的一种或多种材料形成。集电体可以是板、网、箔或片等任何合适的形式。在一些实施例中，集电体可以是金属或金属合金制成，合适的金属包括钛、铂、铱或铑等，优选地包括钛，而合适的金属合金可以是不锈钢等。在另一些实施例中，集电体可以由导电碳材料制成，例如石墨、石墨烯、碳纳米管等。在另一些实施例中，集电体是由导电塑料材料，例如聚烯烃(如，聚乙烯)制成的，且其中可混合导电的炭黑或金属颗粒等。在一些实施例中，集电体为片状或板状结构，厚度可以在50微米至5毫米的范围内。在一些实施例中，集电体和多孔电极具有大致相同的形状和/或尺寸。
[0046]
需要说明的是，当多孔材料的多孔性和导电性足够时，多孔材料本身可以起到集电体的作用时，也可不设置集电体。
[0047]
本实施例的卷式双极膜滤芯，可由多个电极组构成，当包括多个电极组时，电极组之间可以通过串联或者并联或者同时具有串联和并联的混联方式进行流道连接。需要说明的是，本说明书提及的“串联”和“并联”是指考虑到流道液流产出液的流向而决定的。例如，若两个电极组串联，则从前一个电极组流道的产出液进入后一个电极组的流道。又例如，若两个电极组并联，则是指这两个电极组的流道接收同一股进液。串联的电极组用于进一步除去液体中的离子，而并联的电极组组用于增大装置的处理量。
[0048]
下面以附图2至3的卷式双极膜滤芯为例，对本实用新型的技术方案进行说明。
[0049]
如图1所示，该卷式双极膜滤芯，含有由一对多孔第一电极100、第二电极 200构成的电极对，第一电极100处于中心位置，膜片300采用双极膜，双极膜径向卷绕在处于中心位置的第一电极100形成螺旋状膜结构，第二电极200套设于膜结构的外侧。膜结构的双极膜卷绕的相邻层间形成流道，电极与相邻的双极膜之间也形成层状结构。
[0050]
本实施例中，多孔第一电极100由集电体130和多孔材料110层叠形成，多孔第一电极100为阴膜电极。多孔第二电极200由集电体230和多孔材料210 依次层叠形成，多孔第二电极200为阳膜电极。多孔电极可由集电体、多孔材料层叠在一起夹紧即可，不需要使用粘结剂；或者也可以通过热贴合固定或者通过粘结剂粘结。
[0051]
多孔电极中的阳离子交换膜或者阴离子交换膜可以根据实际需要灵活选择。
[0052]
双极膜由贴合在一起的阳离子交换膜310和第一阴离子交换膜320构成，构成同一个双极膜的阳离子交换膜310和第一阴离子交换膜320夹紧即可，不需粘结剂；也可以将阳离子交换膜310和第一阴离子交换膜320热贴合构成。阳离子交换膜310和第一阴离子交换膜320之间无流道，双极膜与双极膜之间形成流道或者双极膜与电极之间形成流道。市面上销售的双极膜均可作为本方案中的双极膜，在此不再赘述。
[0053]
本实施例中，沿着图1的“a-a”剖面来看，多孔第一电极100、多孔第二电极200之间的双极膜为四层，四层双极膜的排列方向相同，排列方向相同指每层双极膜的阳离子交换膜310的朝向相同，当然对应的每层双极膜的第一阴离子交换膜320的朝向也必然相同。需要说明的是，双极膜卷绕后所形成的剖面中双极膜的层数不限于本实施例中的四层，可以根据实际需要灵活设置，一般电极对之间的双极膜的层数为1-50个，甚至更多。
[0054]
卷式双极膜滤芯的脱盐过程中，如图2所示。当脱盐进行一段时间后，需要进行倒极再生，以释放出吸附在双极膜上的水中离子，如图3所示。
[0055]
该滤芯，充分利用了双极膜的膜面积，电解离子交换的方式大大提高了离子交换的速度和效率。极水中不会产生气体，也不会造成结垢现象。故能够避免现有技术中极水水解产生气体及结垢的问题，且能够提高脱盐率，具有制水率高、水资源浪费少的特点。
[0056]
实施例4。
[0057]
一种卷式滤芯，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：其它特征与实施例3相同，不同之处在于，本实施例中：如图4所示，多孔第一电极100由集电体130、多孔材料110、第二阴离子交换膜120依次层叠形成，多孔第一电极100为阴膜电极；多孔第二电极200也由集电体、多孔材料、阳离子交换膜依次层叠形成，多孔第二电极200为阳膜电极。多孔电极可由集电体、多孔材料、离子交换膜层叠在一起夹紧即可，不需要使用粘结剂；或者也可以通
过热贴合固定或者通过粘结剂粘结。
[0058]
实验发现，采用多孔电极较普通电极，采用多孔电极的电去离子装置整体脱盐效率可以提高10％以上，脱盐效率比实施例1中的结构的效率提高的幅度更高。这是因为多孔电极可以吸附原水的离子，这种吸附效率比双极膜片的离子交换效率要高。可见，本实施例采用多孔电极的电去离子装置的整体性能优良。
[0059]
本实施例的滤芯，能够兼顾脱盐效效果和脱盐速率，脱盐效果好，速度快。
[0060]
实施例5。
[0061]
一种水处理设备，具有如实施例1至5中的任意一种所述的卷式卷式滤芯，该水处理设备可用于工业或者家用水处理。本文提及的工业用水处理设备的用途的示例包括但不限于工业污水处理、市政污水处理、海水淡化、盐水处理、河湖水处理、乳酪乳清脱矿物质等。工业用水处理设备包括，除了本实用新型实施例的卷式卷式滤芯以外，其还可包括例如絮凝和/或混凝单元、高级氧化单元、吸附单元、电解单元、膜分离单元(包括微滤、超滤、纳滤和反渗透中的一种或多种)中的一种或多种。
[0062]
本实用新型实施例的家用水处理设备，除了本实用新型实施例的卷式卷式滤芯、管路、电源装置以外，一般还包括例如超滤、纳滤、活性炭吸附单元、紫外杀菌单元中的一种或多种。
[0063]
该水处理设备，其滤芯能够兼顾脱盐效率和时间，能够提高脱盐率，制水速度快。
[0064]
本实施例的水处理设备，由于滤芯延长了流道的长度，故增加了液体在流道内脱盐的流程，大幅提升脱盐效率，能够在不增加膜面积和滤芯体积的情况下，实现对高浓度盐水的脱盐效率。
[0065]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。