用于电容式去离子化的浸渍电极,制备其的方法和使用所述电极的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了电极，一种用于电容式去离子化的电极，所述电极包含(i)吸附剂，其具有100m2/g至1300m2/g的比表面积；(ii)导电炭黑；和(iii)粘合剂；其中，所述吸附剂浸渍有电导率为105S/m至107S/m并且标准氢电势为-0.3V至+1.3V的物质。所述电极提供了提高的回收率以及总固体较大程度的减少，并且是具有较大能量效率的。本发明专利技术还公开了制备所述电极的方法以及结合所述电极的重力进给水净化装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于电容式去离子化的电极。
技术介绍
可以采用数种技术来净化水。所列出的包括紫外线(UV)辐射、化学净化试剂例如次氯酸盐以及多种不同的膜的使用。所列出的技术并不会提供去离子化。然而，其它的方法，例如蒸馏、反渗透、电容式去离子化和离子交换树脂会提供去离子化。如果水含有大量溶解固体(通常根据水的TDS(总溶解固体)而被测定)，那么去离子化就变为必需的。令水去离子化的净化器通常具有内嵌式机构(例如电导计)，用以检测总溶解固体。只要总溶解固体低于预设定限值，那么用户就可以通过分配端口/龙头收集净化水。当甚至经净化的水超过该预设定限值的时候，就会来到这一阶段。在该阶段，传感器立即检测该变化，并切断水至所述端口/龙头的供给。水随后会被转移至用于废水的出口。这种预定义水平(TDS设定)通常会在考虑输入水的平均TDS和消费者所期望的净化水的平均TDS之后而被确定。在水中存在一定量的TDS是良好的口感所必需的。在典型的电容式去离子化过程中，水流经一对或多对带有相反电荷的电极，在此期间，在水中存在的离子被吸引并吸附至电极表面。该现象导致TDS的下降。吸附为受到电极的有效表面积(available surface area)的限制的表面现象。含有电容式去离子化电极的商用水净化器通常含有循环充电和放电的若干个电极的布置。流经这该电极堆的水在充电循环期间被连续地去离子化。然而，任何电极的性能通常都在一定时期的使用后而有所下降。那么，该器件就不再能够提供所期望程度的TDS下降。据信，这是由于盐在电极上的沉积。该现象会影响电极的使用寿命。然而，消费者会希望更加耐用的电极。在电容式去离子化的过程中，水的纯度通过称作TDS设定的预先决定的参数来确定。含有比设定值更多TDS的水被认为是不纯净的，并且因此而不适用于消耗。换句话说，这样的水包含更高量的溶解固体(主要是无机盐)，这致使其不可饮用。相反地，只要是净化(或输出)水的TDS小于TDS设定，那么水就会保持为适用于消耗的。任何CDI系统的性能都可通过两个参数来计量。第一个为由所述系统带来的TDS下降程度，并且第二个被称为回收率(recovery)，其被定义为净化水与水的总进入量的比率。优选的电极是能够尽可能长时间地连续提供纯水，具有较高的回收率并始终提供较多的TDS移除的电极。US2012187054A1(SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD)公开了在电极上使用金属吸收材料以通过吸附从输入水移除金属污染物。EP1601617B1(MORGANITE ELECT CARBON)公开了在电极中包括金属，从而通过电解令金属浸出至水中以形成电絮凝剂，从而降低输入的不纯水的浊度。代表性的电极基于碳基体计具有1至90％的石墨，以及高至40％的金属，例如铝、铜、银、镍、铁。WO2008016671A1(Quos Inc，US)公开了由树脂粘合剂、作为活性吸附剂的炭黑和/或石墨、以及作为吸附促进剂的金属氧化物制成的碳基复合电极。其指出为了更佳的导电性，还可将一定量的金属，例如银或金添加至电极。DE10013457A1(Noack Andreas，2001)公开了用于净化水的装置，其包含壳体和至少两个带有相反电荷的电极，一个包含在多孔载体上的多孔碳膜。用于净化水的装置包含壳体和至少两个带有相反电荷的电极，一个包含在多孔载体上的多孔碳膜。在前者情况中的电极意图用于移除金属微污染物，但是并不旨在用于降低无机盐/TDS。在后者情况中，电极用来令金属离子浸出至水中，以用于电絮凝，其为一种降低浊度的方法。其未着手与任何关于降低无机盐或TDS的技术问题。本专利技术的目的在于提供给出提高的回收率以及较高TDS移除的电极。
技术实现思路
已经确定的是，如果吸附介质浸渍有电导率为105S/m至107S/m并且标准还原电势为-0.3V至+1.3V的物质，那么就能够解决至少一些些问题。因此，根据第一方面，公开了用于电容式去离子化的电极，其具有：(i)吸附剂，其具有100至1300m2/g的比表面积；(ii)导电炭黑；和，(iii)粘合剂；其中所述吸附剂浸渍有电导率为105S/m至107S/m并且标准还原电势为-0.3V至+1.3V的物质。专利技术详述本专利技术公开了用于电容式去离子化的电极，其含有：(i)吸附剂，具有100至1300m2/g的比表面积；(ii)导电炭黑；和(iii)粘合剂；其中所述吸附剂浸渍有电导率为105S/m至107S/m并且标准还原电势为-0.3V至+1.3V的物质。电容式去离子化为用于对通常具有300至3000ppm TDS的半咸水进行去离子化的较新的技术。工作原理为电吸着(electro-sorption)或电吸附(electro-adsorption)，其中在水中存在的离子会在所施加的电场的影响下被吸附在电极上。典型的电容式去离子化循环包括净化步骤和再生步骤。电容式去离子化的过程需要电极，其作为用于电吸着离子以降低在输入水中含有的总溶解固体的基材。吸附剂优选的吸附剂选自活性炭、高比表面积石墨(HSAG)、碳纳米管(CNT)、活性炭纤维、阳离子交换树脂、沸石、蒙皂石或蛭石。特别优选的吸附剂为活性炭。优选的是，活性炭由烟煤、椰子壳、木材或石油焦油获得。优选活性炭的表面积大于500m2/g；更优选大于1000m2/g。活性炭的尺寸均匀性系数优选小于2，更优选小于1.5。优选活性炭的四氯化碳值大于50％，更优选大于60％。进一步优选活性炭的碘值大于800单位，更优选大于1000单位。还优选的是，活性炭的颗粒尺寸为75至300μm，优选为100至250μm。活性炭的改性形式包括碳布、碳带、碳气凝胶也可被用于替代活性炭，或者除了活性炭之外来使用。导电炭黑导电炭黑为元素形式的碳。导电炭黑大多是通过油炉法由液体芳烃来制造。在选择用于电极的炭黑时，优选的和重要的因素为总表面积和介孔表面积，结构和表面氧化。导电炭黑的总表面积优选大于500m2/g。另外，优选的是，导电炭黑的介孔面积大于100m2/g，更优选为100m2/g至1000m2/g。炭黑结构的特征在于吸油值(OAN)。炭黑的OAN优选为45至400cm3/100g，更优选为100至400cm3/100g，还更优选为250至400cm3/100g。优选的是，导电炭本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电容式去离子化的电极，包含：(i)吸附剂，其具有100m2/g至1300m2/g的比表面积；(ii)导电炭黑；和(iii)粘合剂；其中，所述吸附剂浸渍有电导率为105S/m至107S/m并且标准氢电势为‑0.3V至+1.3V的物质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.11 EP 12196471.21.用于电容式去离子化的电极，包含：
(i)吸附剂，其具有100m2/g至1300m2/g的比表面积；
(ii)导电炭黑；和
(iii)粘合剂；
其中，所述吸附剂浸渍有电导率为105S/m至107S/m并且标准氢电势为
-0.3V至+1.3V的物质。
2.如权利要求1所述的电极，其中所述吸附剂选自活性炭、高比表面积石
墨(HSAG)、碳纳米管(CNT)、活性炭、活性炭纤维、阳离子交换树脂、沸
石、蒙皂石或蛭石。
3.如权利要求2所述的电极，其中所述吸附剂为活性炭。
4.如权利要求2或3所述的电极，其中所述物质为贵金属。
5.如权利要求4所述的电极，其中所述贵金属为银。
6.如权利要求3或4所述的电极，其中被浸渍在所述活性炭上的银的百分
比为吸附剂的0.1wt％至0.8wt％。
7.如前述权利要求3至6中任一项所述的电极，其中活性炭∶粘合剂∶导
电炭黑的比率为5∶2∶3至8∶1∶0.5。
8.如前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·J·阿伦切尔，S·格霍斯，V·拉贾纳拉亚纳，
申请(专利权)人：荷兰联合利华有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL