具有同轴集流与变孔距布水结构的径向流电吸附脱盐组件的制作方法

本发明涉及工业水处理，具体为具有同轴集流与变孔距布水结构的径向流电吸附脱盐组件。

背景技术：

1、电吸附脱盐技术基于双电层理论，通过施加电场驱使水体中的游离离子向带相反电荷的电极表面迁移并被吸附，从而实现水质净化。传统的电吸附组件多采用平板流或穿透流的层叠式结构，这类结构不仅流体阻力大、内部易产生流动死区，而且在组装时所需的非活性支撑结构较多，导致整体组件的体积庞大且空间利用率较低。

2、为了改善水动力学条件并提高空间集成度，径向流形态的柱状电吸附组件被逐渐应用。然而，现有的径向流组件在内部结构设计和运行机制上仍存在明显缺陷。在流体分配方面，此类组件通常依赖开孔均匀的中心管进行布水，原水进入中心管后，其轴向静水压力会随着流动距离的增加而不断衰减。这导致进水端区域的径向透水压力偏高，而远水端区域的透水压力不足，造成水流在穿过多孔电极时的径向通量严重不均。这种流动力学上的失衡极易引发局部水流旁路现象，使得靠近进水端的电极材料过早达到吸附饱和，而远端的电极材料未被充分利用，降低了组件的整体脱盐效率。

3、在电学结构与运行机制方面，现有的柱状脱盐组件缺乏与径向水流相匹配的高效集流系统。传统的外部点状接线或非对称集流方式增加了电子的传输距离，导致系统等效体电阻偏大。同时，刚性的金属集流体与多孔碳电极基体之间存在难以消除的间隙，这种装配间隙产生了极高的界面接触电阻，在运行中会增加无谓的电能耗散甚至引发局部发热。此外，现有组件内部的径向流场与电场未能形成协同耦合，阴阳离子在碳材料微孔内的传输路径无序且容易相互干涉，由此产生的离子静电屏蔽效应限制了组件的脱盐容量与长期再生性能。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了具有同轴集流与变孔距布水结构的径向流电吸附脱盐组件，解决了现有径向流脱盐组件中因轴向静压衰减导致的流体分配不均、集流体与电极界面接触电阻偏高，以及内部流场与电场缺乏协同耦合引发的离子传输无序与材料利用率低的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、具有同轴集流与变孔距布水结构的径向流电吸附脱盐组件，包括：

4、承压外壳、外层集流体、三维多孔碳脱盐层、中心进水布水管与端面绝缘密封盖板；

5、所述中心进水布水管位于中心轴线位置，所述三维多孔碳脱盐层同轴包裹于所述中心进水布水管外部；

6、所述外层集流体同轴包覆于所述三维多孔碳脱盐层外侧壁，所述承压外壳套设于所述外层集流体外部并预留流体汇集环状间隙；

7、所述端面绝缘密封盖板将组件两端封闭；

8、所述中心进水布水管管壁分布有变孔距布水孔，所述中心进水布水管管壁的局部开孔率沿原水进水方向呈现递增分布；

9、所述中心进水布水管兼作内层集流体并与所述外层集流体用于连接电源并在组件内部建立径向电场；

10、所述组件内部形成有供原水经所述变孔距布水孔沿径向穿透所述三维多孔碳脱盐层进行脱盐，以及供脱盐后的产水进入所述流体汇集环状间隙并排出所述承压外壳外部的流体通道。

11、优选的，所述端面绝缘密封盖板分为进水端盖板与远水端盖板，所述中心进水布水管在进水端区域的管壁局部开孔率低于远水端区域的管壁局部开孔率；

12、在进水端区域与远水端区域之间的过渡区域，所述中心进水布水管管壁上的所述变孔距布水孔的穿孔直径沿原水进水方向呈现连续增大的排布，且相邻的所述变孔距布水孔之间的轴向间距呈现连续缩小的排布。

13、优选的，所述中心进水布水管的外侧壁与所述三维多孔碳脱盐层的内侧壁之间，以及所述外层集流体的内侧壁与所述三维多孔碳脱盐层的外侧壁之间，均设置有导电碳浆层；

14、所述导电碳浆层由含有导电碳填料与热固性聚合物粘结剂的浆料经过热压硫化处理原位固化而成。

15、优选的，所述中心进水布水管为多孔金属管，所述多孔金属管采用表面复合有导电防腐涂层的钛合金管、不锈钢管或镍基合金管；

16、所述导电碳填料采用炭黑、碳纳米管或石墨烯粉末中的一种或多种；

17、所述热固性聚合物粘结剂采用酚醛树脂或环氧树脂。

18、优选的，所述外层集流体采用具有径向弹性收缩性能的金属微丝网管制成；

19、所述外层集流体在自然状态下的初始内径小于所述三维多孔碳脱盐层的外径，在装配状态下，所述外层集流体处于被径向撑开的弹性拉伸状态，依靠弹性恢复力在所述三维多孔碳脱盐层的外表面产生连续的径向抱紧力。

20、优选的，所述承压外壳由非金属复合材料制成，所述承压外壳靠近端部的内壁上车削有环形限位凹槽，所述环形限位凹槽中嵌入有不锈钢卡簧，所述不锈钢卡簧挡接在所述端面绝缘密封盖板外侧表面的台阶面上，将内部水流施加在所述端面绝缘密封盖板上的盲端轴向水推力传递至所述承压外壳的管体上。

21、优选的，所述端面绝缘密封盖板的内侧端面上加工有多个同轴的环形插接槽；

22、所述承压外壳的端部、所述外层集流体与所述三维多孔碳脱盐层的端部，以及所述中心进水布水管的端部分别同轴插接于对应的所述环形插接槽内；

23、在每个所述环形插接槽的内侧壁与对应插入的结构表面之间均安装有o型橡胶密封圈，并在装配间隙内灌注有热固性高分子密封胶层。

24、优选的，所述三维多孔碳脱盐层由包含多孔碳活性材料、导电填料、聚合物粘结剂以及热分解型造孔剂的碳电极浆料灌注于所述中心进水布水管外部的同轴环形型腔内，经过分段式程序升温加热使得所述热分解型造孔剂受热分解溢出气体产生微米级的连通孔隙并在高温下热交联固化形成。

25、优选的，所述中心进水布水管具有用于连接外部电源正极的导电端且所述外层集流体具有用于连接外部电源负极的导电端，所述中心进水布水管和所述外层集流体在结构上相配合从而在沿径向透水流向上建立由中心向外周发散的径向电场；

26、所述三维多孔碳脱盐层的三维连通孔隙结构与所述径向电场相配合，构成供水流内的阳离子在静电排斥力与水力曳力共同叠加作用下向外层区域迁移的阳离子迁移路径，并构成供水流内的阴离子克服向外的水力曳力逆向朝所述中心进水布水管方向迁移的阴离子迁移路径，进而在所述三维多孔碳脱盐层的径向厚度上实现空间上的分层吸附。

27、优选的，所述脱盐组件内部具备脱附再生流道；

28、所述中心进水布水管与所述外层集流体具备承受反向电压的导电结构，用于使处于吸附状态的离子发生脱附并重新进入径向水流中；

29、同时所述中心进水布水管内部形成有接收原水进行水力冲洗的冲洗进水通道，且所述流体通道连通有供冲洗产生的高浓度盐水沿产水流向排出所述承压外壳外部的排液口，从而满足脱附再生循环的流体导通需求。

30、本发明提供了具有同轴集流与变孔距布水结构的径向流电吸附脱盐组件。具备以下有益效果：

31、1、本发明通过在中心进水布水管上设置变孔距布水孔，使其管壁的局部开孔率沿进水方向呈现递增分布，构建了空间阻力补偿结构。该排布方式通过改变不同轴向位置的孔隙面积，主动调节了管壁的局部水力阻力，平衡了管内流体在轴向流动过程中产生的静水压力衰减。在此结构作用下，流体在各个轴向位置穿透多孔碳脱盐层时能够保持均匀的径向透水通量，避免了原水在进水端高压区集中穿透和水流旁路现象，提高了碳电极材料的利用率和整体脱盐均一性。

32、2、本发明采用中心进水布水管兼作内层集流体，并配合具有径向弹性收缩性能的外层金属微丝网管，建立了一条短程的径向供电网络。这种同轴集流结构将电流的传输路径严格限制在多孔碳层的径向厚度范围内，降低了系统的等效体电阻。同时，通过在多孔碳层内外表面设置固化的导电碳浆层，并利用外围金属网管持续产生的弹性径向抱紧力，消除了金属集流体与碳基体之间的间隙，降低了界面的接触电阻，从而减少了设备运行时的电能耗散与局部发热问题。

33、3、本发明利用径向电场与径向水力流场的同向耦合机制，实现了多孔介质内部离子迁移路径的空间分层。在工作状态下，流体内部的阳离子在静电排斥力与向外水力曳力的叠加下向外侧迁移，而阴离子则克服向外的水流阻力向中心管方向富集。这种顺应与对抗水流分化的迁移机制，使得正负离子在多孔脱盐层的径向厚度上形成了隔离吸附，消除了常规微孔内的阴阳离子静电屏蔽效应，增加了系统的实际吸附容量。配合内部流道设计，在反向电压脱附时可利用中心原水快速将高浓度盐水置换排出，提高了组件的再生循环效率。