一种基于树脂晶片填充的电去离子隔室的制作方法

1.本实用新型属于水处理技术领域，涉及一种基于树脂晶片填充的电去离子隔室。


背景技术：

2.离子交换树脂作为电去离子填充区域的重要组成部分，不同的离子交换树脂类型及填充方式决定了电去离子脱盐性能，当前电去离子膜块的填充方式一般为混合填充或分层填充。混合填充是将阴、阳离子交换树脂按一定比例均匀混合后填充到电去离子膜堆淡水室中。此种填充方式在电去离子膜块运行过程中，水的解离主要发生在异性树脂之间以及异性树脂和离子交换膜之间的接触点周围的界面中。由于混合填充的方式使得异性接触点分布广泛，水解离和树脂再生迅速，但也会造成同性树脂颗粒构成的同性离子传导路径难以形成，进而限制淡水室隔板厚度。
3.现有的电去离子隔室中采用分层填充的方式进行填充，分层填充，是将树脂进行多层填充，每层仅填充同一类型的树脂。此种填充方式可提高同性离子的传导速率，可较大程度的提高电流密度和电流效率。分层填充膜堆异性树脂接触区域的水解离点分布比较集中，而且总的异性树脂接触面积要比混合填充的小，这可能在一定条件下使得分层填充膜堆中水解离程度比混合填充膜堆中的小，不利于树脂的整体再生。


技术实现要素：

4.基于现有技术中的问题，本实用新型的目的是提供了一种基于树脂晶片填充的电去离子隔室，该电去离子隔室利于树脂的再生。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种基于树脂晶片填充的电去离子隔室，沿离子迁移方向依次设置的阳极隔室、淡水隔室与阴极隔室，淡水隔室与阴极隔室之间设置若干个重复单元，每个重复单元包括淡水隔室与浓水隔室；
7.其中，所述阳极隔室包括阳极隔板、阳极板、导流夹层、阳离子交换型树脂晶片、混合离子交换型树脂晶片以及阴离子交换膜；阳极隔板上设置阳极板，阳离子交换型树脂晶片、混合离子交换型树脂晶片和阴离子交换膜依次设置在阳极板上，阳离子交换型树脂晶片与阳极板贴合，混合离子交换型树脂晶片与阳离子交换型树脂晶片贴合，阴离子交换膜与混合离子交换型树脂晶片贴合；阳离子交换型树脂晶片与混合离子交换型树脂晶片的两端设置导流夹层。
8.本实用新型进一步的改进在于，阳极隔板一端开设有来水入口和浓水入口，另一端开设有产水出口、浓水出口与极水出口。
9.本实用新型进一步的改进在于，导流夹层的厚度与阳离子交换型树脂晶片和混合离子交换型树脂晶片的总厚度相同。
10.本实用新型进一步的改进在于，阳离子交换型树脂与混合离子交换型树脂晶片的厚度为3～6mm。
11.本实用新型进一步的改进在于，淡水隔室包括淡水室隔板、阴离子交换型树脂晶片、混合离子交换型树脂晶片、阳离子交换型树脂晶片以及阳离子交换膜；阴离子交换型树脂晶片与淡水室隔板贴合，混合离子交换型树脂晶片与阴离子交换型树脂晶片贴合，阳离子交换型树脂晶片一面与混合离子交换型树脂晶片贴合，另一面与阳离子交换膜贴合。
12.本实用新型进一步的改进在于，淡水隔室的混合离子交换型树脂晶片与阴离子交换型树脂晶片贴合后两端均设置有导流夹层。
13.本实用新型进一步的改进在于，阴离子交换型树脂晶片的厚度为3～6mm。
14.本实用新型进一步的改进在于，浓水隔室包括浓水室隔板、导流夹层、阳离子交换型树脂晶片、混合离子交换型树脂晶片、阴离子交换型树脂晶片以及阴离子交换膜；阳离子交换型树脂晶片一面与浓水室隔板贴合，另一面与混合离子交换型树脂晶片贴合，阳离子交换型树脂晶片与混合离子交换型树脂晶片贴合后两端均设置导流夹层，混合离子交换型树脂晶片与阴离子交换型树脂晶片贴合，阴离子交换型树脂晶片与阴离子交换膜贴合。
15.本实用新型进一步的改进在于，导流夹层为u型结构。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
17.本实用新型通过在淡水隔室与阴极隔室之间设置若干个重复单元，能够进行高效除盐；通过设置阳离子交换型树脂晶片与混合离子交换型树脂晶片，阳离子交换型树脂晶片与混合离子交换型树脂晶片具有可塑性和固定化的特点，避免了松散树脂不易装填和易受水流冲击的弊端；阳离子交换型树脂晶片与混合离子交换型树脂晶片具有可塑和固定化的特点，能够改进同性离子的传导效率，提高了离子交换树脂的再生速率，有着更佳的脱盐性能。通过在在隔室进水、产水两侧分别设置导流夹层，阴离子交换膜与阳离子混合离子交换型树脂晶片、交换型树脂晶片依次设置，此结构型式可均匀分布通水流向、加速离子迁移速率，提升电去离子效率。
18.进一步的，通过在淡水隔室两侧并列设置阳离子交换型树脂晶片或阴离子交换型树脂晶片，可使来水中的杂质离子在经过混合离子交换型树脂晶片的交换吸附后，迁移至同性离子树脂晶片，同性离子树脂晶片所提供的迁移路径，可使杂质离子快速迁移出淡水隔室，提高了淡水隔室的除盐效率。在淡水隔室的阳离子交换型树脂晶片或阴离子交换型树脂晶片的两端设置导流夹层。来水采用下进上出的运行方式，水通过来水入口进入淡水隔室后，通过导流夹层，将来水均匀分布至阳离子交换型树脂晶片或阴离子交换型树脂晶片中后进行除盐。
附图说明
19.图1为本实用新型的阳离子交换型树脂晶片、阴离子交换型树脂晶片和混合离子交换型树脂晶片的立体示意图；
20.图2为本实用新型的基于树脂晶片填充的电去离子隔室的剖面示意图；
21.图3为本实用新型的基于树脂晶片填充的电去离子隔室的运行原理图。
22.图4为本实用新型的基于树脂晶片填充的电去离子隔室的结构示意图。
23.图5为本实用新型的导流夹层的示意图。
24.图中，1-阳极侧外壳，2-阳极室隔板，3-阳极板，4-导流夹层，5-阳离子交换型树脂晶片，6-混合离子交换型树脂晶片，7-阴离子交换膜，8-淡水室隔板，9-阴离子交换型树脂
晶片，10-阳离子交换膜，11-浓水室隔板，12-阴极板，13-阴极室隔板，14-阴极侧外壳，101-来水入口，102-浓水入口，103-产水出口，104-浓水出口，105-极水出口，15-阳极隔室，16-淡水隔室，17-浓水隔室，18-阴极隔室，19-纳米导电碳纤维隔网。
具体实施方式
25.下面结合实施例和附图来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.参见图1，本实用新型中的阳离子交换型树脂晶片5、阴离子交换型树脂晶片9和混合离子交换型树脂晶片6的制备方法均为现有的制备方法，具体制备过程为：采用离子交换树脂、聚乙烯(聚合物粘合剂)与无水葡萄糖(水溶性添加剂)，使其经过熔融粘合、冷却、浸泡溶解，形成多孔型树脂晶片。
27.其中，离子交换树脂为阳离子交换树脂与阴离子交换型树脂中的一种或两种。具体的，离子交换树脂可选择凝胶型离子交换树脂、大孔型离子交换树脂或螯合型离子交换树脂。
28.离子树脂晶片制备过程中，聚合物粘合剂：水溶性添加剂：离子交换树脂的体积之比为：11～20：11～17：63～78。
29.在混合离子交换型树脂晶片的制备过程中，即离子交换树脂为阳离子交换树脂与阴离子交换型树脂的混合物时，所采取的阳离子树脂和阴离子树脂的体积之比为6～10：3～5。
30.其中，阳离子交换型树脂晶片5、阴离子交换型树脂晶片9、混合离子交换型树脂晶片6的厚度控制在3～6mm。
31.参见图4，本实用新型的基于树脂晶片填充的电去离子隔室，包括阳极隔室15、淡水隔室16、浓水隔室17以及阴极隔室18，具体的，沿离子迁移方向，依次设置阳极隔室15、淡水隔室16与阴极隔室18，淡水隔室16与阴极隔室18之间设置若干个重复单元，每个重复单元包括淡水隔室16与浓水隔室17，比如，设置一个重复单元时，沿离子迁移方向，依次设置阳极隔室15、淡水隔室16、浓水隔室17、淡水隔室16与阴极隔室18，设置二个重复单元时，沿离子迁移方向，依次设置阳极隔室15、淡水隔室16、浓水隔室17、淡水隔室16、浓水隔室17、淡水隔室16与阴极隔室18。设置多个重复单元时，依次类推。
32.参见图2，在淡水室中，填充阳离子交换型树脂晶片、阴离子交换型树脂晶片和混合离子交换型树脂晶片；这三种晶片依序并列填充，其阴离子交换型树脂晶片贴向阴离子交换膜，阳离子交换型树脂晶片贴向阳离子交换膜，混合型离子交换型树脂在阴离子交换膜与阳离子交换膜之间。三种晶片紧密贴合，来水(即原水)可通过阳离子交换型树脂晶片、阴离子交换型树脂晶片和混合离子交换型树脂晶片中的孔隙，进行电去离子处理。淡水室隔板13的厚度为10～15mm。
33.所述阳极隔室15由阳极隔板2、阳极板3、导流夹层4、阳离子交换型树脂晶片5、混合离子交换型树脂晶片6以及阴离子交换膜7构成，阳极隔板2一侧设置有阳极侧外壳1，阳极隔板2上设置阳极板3，阳离子交换型树脂晶片5、混合离子交换型树脂晶片6和阴离子交换膜7依次设置在阳极板3上，阳离子交换型树脂晶片5与阳极板3贴合，混合离子交换型树脂晶片6与阳离子交换型树脂晶片5贴合，阴离子交换膜7与混合离子交换型树脂晶片6贴
合。阳极隔板2一端开设有来水入口101和浓水入口102，另一端开设有产水出口103、浓水出口104与极水出口105。产水出口103排出产水，浓水出口104排出浓水。
34.导流夹层4包括两部分，一部分设置在阳离子交换型树脂晶片5和混合离子交换型树脂晶片6一端，另一部分设置在阳离子交换型树脂晶片5和混合离子交换型树脂晶片6的另一端，导流夹层4的厚度与阳离子交换型树脂晶片5和混合离子交换型树脂晶片6的总厚度相同。
35.本实用新型中通过在阳极隔室15中设置阳离子交换型树脂晶片5并使其靠近阳极板3，可使迁移至阳极隔室15的阴离子的继续迁移受到抑制，能有效遏制氯气的产生，从而起到保护阳极板3的效果。
36.淡水隔室16由淡水室隔板8、导流夹层4、阴离子交换型树脂晶片9、混合离子交换型树脂晶片6、阳离子交换型树脂晶片5以及阳离子交换膜10构成，阴离子交换型树脂晶片9与淡水室隔板8贴合，混合离子交换型树脂晶片6与阴离子交换型树脂晶片9贴合，阳离子交换型树脂晶片5一面与混合离子交换型树脂晶片6贴合，另一面与阳离子交换膜10贴合。混合离子交换型树脂晶片6与阴离子交换型树脂晶片9贴合后两端均设置导流夹层4，
37.通过在淡水隔室16两侧并列设置单一离子型树脂晶片(即阳离子交换型树脂晶片5或阴离子交换型树脂晶片9)，可使来水中的杂质离子在经过混合离子交换型树脂晶片5的交换吸附后，迁移至同性离子树脂晶片，同性离子树脂晶片所提供的迁移路径，可使杂质离子快速迁移出淡水隔室，提高了淡水隔室16的除盐效率。在淡水隔室16的阳离子交换型树脂晶片5或阴离子交换型树脂晶片9的两端设置导流夹层4。来水采用下进上出的运行方式，水通过来水入口101进入淡水隔室16后，通过导流夹层4，将来水均匀分布至阳离子交换型树脂晶片5或阴离子交换型树脂晶片9中后进行除盐。
38.浓水隔室17由浓水室隔板11、导流夹层4、阳离子交换型树脂晶片5、混合离子交换型树脂晶片6、阴离子交换型树脂晶片9以及阴离子交换膜7构成。阳离子交换型树脂晶片5一面与浓水室隔板11贴合，另一面与混合离子交换型树脂晶片6贴合，混合离子交换型树脂晶片6与阴离子交换型树脂晶片9贴合，阴离子交换型树脂晶片9与阴离子交换膜7贴合。
39.阳离子交换型树脂晶片5与混合离子交换型树脂晶片6贴合在一起，阳离子交换型树脂晶片5与混合离子交换型树脂晶片6贴合后两端均设置导流夹层4。从淡水隔室16迁移来的杂质离子在经过同性离子晶片(即阳离子交换型树脂晶片5)的迁移后，汇聚至混合离子交换型树脂晶片6中，由于继续迁移会受到异性离子树脂晶片(即阴离子交换型树脂晶片9)的抑制，从而杂质离子积聚于混合离子交换型树脂晶片6中排出，可有效防止杂质离子对阴离子交换膜7的附着损害。
40.阴极隔室18包括阴极室隔板13，阴极室隔板13一侧设置有阴极侧外壳14；阴极室隔板13一侧设置有阴极板12，阴极板12一侧依次设置有阴离子交换型树脂晶片9和混合离子交换型树脂晶片6，阴离子交换型树脂晶片9和混合离子交换型树脂晶片6的两端设置有导流夹层4，混合离子交换型树脂晶片6与阳离子交换膜10贴合。阴极侧外壳14一端开设有来水入口101和浓水入口102，另一端开设有产水出口103、浓水出口104与极水出口105。
41.参见图5，导流夹层4为u型结构，由混合离子交换型树脂晶片6及纳米导电碳纤维隔网19制成，纳米导电碳纤维隔网19附于混合离子交换型树脂晶片6侧面。设置导流夹层4可均匀分布通水流向、加速离子迁移速率，并对运行中存在的氧化分解杂质，起到拦截作
用。
42.本实用新型在淡水隔室16并列填充树脂晶片，填充在中间的混合离子交换型树脂晶片6，由于其异性树脂接触点均匀分布，可使水的解离在其中能够高速率的进行，在混合离子交换型树脂晶片6处解离出的h
+
和oh-受电场的影响，进行分离，h
+
向阳离子交换膜10、阳离子交换型树脂晶片5侧迁移，oh-向阴离子交换膜7、阴离子交换型树脂晶片9侧迁移，由于在迁移路径中，与离子交换树脂、离子交换膜均为同性，避免了异性树脂对离子的迁移阻碍，加速了离子的迁移速率。同时，由于h
+
和oh-分别向两侧迁移，避免了之间的相互碰撞，可使水解离出的h
+
和oh-能够充分的作用于树脂的再生中，提高了树脂的再生速率，进而这种隔室填充方式，可使得在相同运行电流的情况下，获得更高的除盐性能。
43.参见图3，本实用新型的基于树脂晶片填充的电去离子隔室的运行原理为：从混合型离子晶片中，可快速电解出h
+
、oh-，并对来水中的na
+
、cl-等杂质离子，进行置换吸附。其在电场的作用下，分别向两侧迁移，其中na
+
、h
+
等阳离子向阳极侧迁移，由于迁移过程中，阳极侧为阳离子交换型树脂晶片，形成了阳离子的快速迁移路径，使得吸附的杂质阳离子可高效输送至浓水室排出，同理，杂质阴离子在由阴离子交换型树脂晶片形成的阴离子快速迁移路径中，也得以高效输送至浓水室。此种方式保证了edi的电去离子效率。