用于电容性消电离的电极制造技术

本发明专利技术涉及一种电极组合物，其用于电容性消电离来从水中除去溶解的盐，和涉及其的制备方法和这样的系统在水净化装置中的用途。具体地，本发明专利技术涉及一种用于水的电容性消电离的电极，其包含活性炭，热塑性聚合物粘合剂和导电炭黑。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电极组合物，其用于进行电容性消电离来除去水中溶解的盐，和 涉及制备其的方法。具体地，本专利技术涉及这样的系统在水净化装置中的用途。专利技术背景和现有技术世界上大量的人口生活在卫生的饮用水严重短缺的地区中。这些人口中很大一部 分生活在农村和偏远地区，这里很少有市政饮用水处理厂。人们必须直接依赖于地下水源 例如井，池塘和河流。来自这些水源的水可以包含500-3000ppm量级的高含量的溶解盐，这使得该水不 适于饮用。具有500-1500ppm量级的盐含量的水具有令人不快的味道，具有超过1500ppm 的盐含量的水通常被称作“半咸水(brackishwater)”，并且它的味道非常成。盐含量为 50-300ppm的水的味道很好，并且通常被公认为良好的饮用水。反渗透是用来除去水中的盐含量的最流行的和商业上可用的方法，并且它在除去 水中的盐方面是非常有效的。但是，该方法是高投资的和能量密集型的，处理每升的水的成 本是非常高的，并且不是所有人能够承受起的。此外，与输入的水相比，净化的水的回收率 仅仅是大约20%。已经开发的用于除去水中的盐的其他工艺包括纳米过滤，电渗析等等，但 是这些工艺没有真正地大规模商业化。另外一种可用于除盐的工艺是电容性消电离。在该工艺中，使得含有盐的水流过 一对带相反电荷的电极，并且离子被电吸附到该电极的表面上，由此除去所处理的水中的 盐。这种工艺已经显示出以明显更低的能耗来有效除去水中的盐，并且具有明显更高的回 收率。电容性消电离工艺的核心是用作电容器的高电容电极。通常认为用作电容器的电极 应当具有这样的特性，即，高表面积和高电容以及高导电率和低电阻系数。在过去，活性炭 因为它的高表面积而被用作电极材料，并且还包括了导电炭黑来提高它的导电率和电容。 将不同种类的粘合剂加入到该组合物中来将碳粒子保持在一起。US 6127474 (Andelman，2000)，US 7110242(C and T Company，2006)，US 6022436 (Koslow Technologies Corporation, 2000), US 2005/0042513(Curran φ 人， 2005)禾口 US 2006/0114643 (Maxwell Technologies Inc，2006)公开了用在电容性消电离 工艺中的电极组合物，并且它们公开了这样的组合物，该组合物具有不同比例和不同粒度 (particle size)的活性炭以及粘合剂例如原纤维组成的(fibrillated)聚合物和导电炭 黑。现有技术中所用的该原纤维组成的聚合物粘合剂典型的是氟碳树脂(fluorocarbons) 例如聚四氟乙烯(PTFE)。使用< 50微米的非常细微的活性炭粒子会产生高电容的电极，并 且这样的组合物需要这样的原纤维组成的聚合物粘合剂，该粘合剂基本上包括在加工来形 成相互连接的纤维网过程中非常高的剪切力，这将会把细微碳粒子保持在一起，因此这使 该方法变得复杂和昂贵。另一方面，> 300微米的非常粗的活性炭粒子可以通过热塑性聚 合物粘合剂例如聚乙烯粘合来形成电极，但是它们具有相对低的电容，虽然该方法是简单 的。现有技术没有教导这样一种高电容的电极组合物，其能够使用简单廉价的方法来制备。本专利技术人已经发现使用中等粒度的活性炭以及少量导电炭黑能够结合来形成电 极，而不需使用原纤维组成的聚合物粘合剂。这些电极组合物具有高电容，并且能够使用简 单和廉价的方法来制备。本专利技术的一个目标是提供一种用于水的电容性消电离的高电容电极，其是简单和 廉价的。本专利技术另一个目标是提供一种用于水的电容性消电离的高电容电极，其通过避免 使用原纤维组成的聚合物作为粘合剂而是简单的。本专利技术另一个目标是提供一种制造用于水的电容性消电离的高电容电极的方法。本专利技术另一个目标是提供一种装置，其包括用于水的电容性消电离的高电容电 极。本专利技术另一个目标是提供一种水净化装置，其具有用于降低净化水中的总溶解盐 的另外的特征。
技术实现思路
因此根据本专利技术的一方面，这里提供一种用于水的电容性消电离的电极，其包 含i. 60-88重量％的粒度为75-300微米的活性炭；ii. 5-30重量％的粒度为20-60微米的热塑性聚合物粘合剂；iii. 2-30重量％的中孔面积大于100m2/g的导电炭黑。该电极优选是基本上没有原纤维组成的聚合物。根据本专利技术的另外一方面，这里提供一种制备权利要求1所要求的用于水的电容 性消电离的电极的方法，其包含(i)形成下面的成分的组合物60_88重量％的粒度为75-300微米的活性炭，5-30 重量％的粒度为20-60微米的热塑性聚合物粘合剂和2-30重量％的导电炭黑，并且将流体 包括到所述的混合物中，其中所述的流体的量不大于所述的组合物重量的4倍；(ii)将步骤(i)所获得的组合物浇铸到模具中；(iii)任选地，加压所述的模具；(iv)将所述的模具加热到150°C -350°C的温度；(ν)脱模该模制的电极。该方法的一个优选的方面提供了这样的组合物，其基本上没有原纤维组成的聚合 物。根据本专利技术的另一方面，这里提供了一种重力给料的(gravity fed)水净化装置， 其用于除去水中溶解的盐，该装置包含外壳，包括多个能够电容性消电离的电极，其中将所 述的电极连接到DC电源上，来提供沿着该电极的小于1.4伏特的电压。根据本专利技术仍然的另一方面，这里提供了一种用于除去水中溶解的盐的装置，其 包含包括多个电极的外壳，该电极是由这样的组合物模制的，该组合物包含60-88重量％ 的粒度为75-300微米的活性炭，5-30重量％的粒度为20-60微米的热塑性聚合物粘合剂 和2-30重量％的导电炭黑，其中将所述的电极连接到DC电源上，来提供小于1.4伏特的电压。该多个电极是一对或多对的，所述的对具有作为阳极的一个电极和作为阴极的另 一个电极。根据本专利技术的另一方面，这里提供了能够除去溶解的盐的水净化系统，其包含 用来从输入的水中分离颗粒和可溶性材料的过滤单元，其是与消毒单元流体连通的，其中 (存在着)具有多个电极的装置，该电极是由这样的组合物模制的，该组合物包含60-88重 量％的粒度为75-300微米的活性炭，5-30重量％的粒度为30-60微米的热塑性聚合物粘 合剂和2-30重量％的导电炭黑，其中将所述的电极连接到电源上来提供小于1. 4伏特的电 压，并且所述的装置是与过滤单元流体连通的，并且位于该过滤单元之后。根据一个优选的方面，该水净化装置包含流动控制装置，其控制了离开过滤单元 的水流动速率。根据本专利技术仍然的另一方面，这里提供在重力给料的水净化系统中的用于除去水 中溶解的盐的装置，所述系统包含用来从输入的水中分离颗粒和可溶性材料的过滤单元， 其是与化学品分配单元流体连通的，该分配单元将生物杀灭剂分配到水中，其后该水在保 留腔中保持预定的时间，然后通过清除装置离开该水净化系统，该清除装置用于从离开的 水中分离所分配的生物杀灭剂，其中(存在着)具有多个电极的装置，该电极是由这样的组 合物模制的，该组合物包含60-88重量％的粒度为75-300微米的活性炭，5_30重量％的粒 度为20-60微米的热塑性聚合物粘合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于水的电容性消电离的电极，其包含：ｉ．６０－８８重量％的粒度为７５－３００微米的活性炭；ｉｉ．５－３０重量％的粒度为２０－６０微米的热塑性聚合物粘合剂；和ｉｉｉ．２－３０重量％的中孔面积大于１００ｍ↑［２］／ｇ的导电炭黑。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MK卡达姆，SM纳达卡蒂，MS滕杜尔卡，
申请(专利权)人：荷兰联合利华有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]