一种粉末树脂无膜电去离子装置及其工作过程的制作方法

1.本发明涉及电去离子技术领域，具体而言，尤其涉及一种粉末树脂无膜电去离子装置及其工作过程。


背景技术：

2.无膜离子交换树脂电再生方法，一般利用电极反应及水解离产生的oh-和h

对失效的混床离子交换树脂进行复苏和再生，由于省却了昂贵的离子交换膜，避免了由于膜本身性质导致的诸如堵塞、电极结垢等缺陷，在工业给水和污水处理行业具有广阔的市场应用前景。
3.申请号为202020570621.4的中国专利使用的无膜离子交换树脂电再生反应器内所装的离子交换树脂的颗粒粒径为0.315-1.25mm，处理时由于粒径较大，交换速度较慢，工作交换容量低，一般只有理论交换容量的20％～50％；再生时电压高，能耗较高，且再生电流密度低，硅酸根再生效果差。而本发明粉末离子交换树脂的粒径为0.03-0.15mm，其比表面积很大，交换速度快，是普通离子交换树脂的100倍以上，且其单位质量的工作交换容量可达理论交换容量的60-95％。再生时由于所用树脂量较少，且颗粒间较紧密，再生电压低，能耗较低，且再生电流高，硅酸根再生效果好。


技术实现要素：

4.根据上述提出的现有无膜离子交换树脂电再生反应器内所装的离子交换树脂的颗粒粒径为0.315-1.25mm，处理时由于粒径较大，交换速度较慢，工作交换容量低，一般只有理论交换容量的20％～50％；再生时电压高，能耗较高，且再生电流密度低，硅酸根再生效果差的技术问题，而提供一种粉末树脂无膜电去离子装置及其工作过程。本发明主要利用装置的滤芯阴极、滤芯阳极和粉末离子交换树脂层，进行分离水和废水中的离子；同时本装置还可以实现粉末离子交换树脂层的原位复苏和再生。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种粉末树脂无膜电去离子装置，包括：密封箱体，所述箱体内部具有容纳腔室，箱体上下两端分别开设有上接口和下接口，箱体的上端固定有滤芯阴极和滤芯阳极，滤芯阴极和滤芯阳极均置于容纳腔室中；上接口位于滤芯阳极的上方，并与滤芯阳极内部相连通；滤芯阴极包裹在滤芯阳极外部；
7.所述滤芯阳极外壁、箱体上端和滤芯阴极内壁组成的第一空间中装载有粉末离子交换树脂层，箱体的上端还开设有粉末树脂进出口，粉末树脂进出口与第一空间相连通，粉末离子交换树脂层由粉末树脂进出口装入或卸出；
8.所述滤芯阴极外壁与箱体内壁之间构成第二空间，下接口与第二空间相连通；
9.所述滤芯阴极和滤芯阳极分别通过电连接的阴极导电杆和阳极导电杆与外界直流电源阴极和阳极相连。
10.进一步地，所述箱体包括壳体、上盖板和下盖板，壳体的上下两端分别与上盖板和
下盖板密封固定连接；滤芯阴极和滤芯阳极固定在上盖板上，上接口和粉末树脂进出口均开设在上盖板上，下接口开设在下盖板上；滤芯阳极外壁、上盖板内壁和滤芯阴极内壁形成所述第一空间，滤芯阴极外壁、上盖板内壁、壳体内壁和下盖板内壁之间形成所述第二空间。
11.进一步地，所述壳体与上盖板和下盖板间均设有o型密封圈，并通过配合连接的螺杆和螺母锁紧。
12.进一步地，所述壳体、上盖板和下盖板的材质为玻璃钢材质或其它绝缘的材质。
13.进一步地，所述上接口与下接口同轴设置。
14.进一步地，所述滤芯阴极为316或316l不锈钢或钛材质，其孔径≤5um。
15.进一步地，所述滤芯阳极为镀钌铱的钛基滤芯，其孔径≤5um。
16.进一步地，所述粉末离子交换树脂层是由粒径为0.03-0.15mm的弱酸阳离子交换树脂或强酸阳离子交换树脂与强碱阴离子交换树脂按体积比1：1～1：4混合均匀的混合离子交换树脂。
17.本发明还提供了一种粉末树脂无膜电去离子装置的工作过程，包括如下步骤：
18.处理时，被处理的水自上接口进入，穿过滤芯阳极，进入第一空间的粉末离子交换树脂层，水中的电解物质被有效去除，净化后的水流过滤芯阴极、第二空间，最后从下接口流出装置；
19.再生时，纯水从下接口进入，流入滤芯阴极，穿过粉末离子交换树脂层和滤芯阳极，最后从上接口流出；进水同时，对粉末离子交换树脂层施加强直流电，大量的水在滤芯阳极和滤芯阴极表面发生电解离，生成大量的oh-和h

，同时粉末离子交换树脂层中树脂界面水在电场作用下极化，界面水解离生成大量oh-和h

，以上两种途径产生的oh-和h

与失效离子交换树脂上的盐分离子发生离子交换反应，交换下来的盐分离子随水流流出设备，而粉末离子交换树脂层得以原位复苏和再生。
20.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1、本发明提供的粉末树脂无膜电去离子装置，粉末离子交换树脂使用量少。
22.2、本发明提供的粉末树脂无膜电去离子装置，再生电压，能耗低。
23.3、本发明提供的粉末树脂无膜电去离子装置，树脂层薄，再生时脱硅酸根效果好。
24.4、本发明提供的粉末树脂无膜电去离子装置，适用于高纯水制备、电镀漂洗等含重金属离子的废水净化及其他以去除离子性杂质为目的的水与废水处理。
25.综上，应用本发明的技术方案能够解决现有无膜离子交换树脂电再生反应器内所装的离子交换树脂的颗粒粒径为0.315-1.25mm，处理时由于粒径较大，交换速度较慢，工作交换容量低，一般只有理论交换容量的20％～50％；再生时电压高，能耗较高，且再生电流密度低，硅酸根再生效果差的问题。
26.基于上述理由本发明可在电去离子等领域广泛推广。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明装置结构图。
29.图中：1、阴极导电杆；2、粉末树脂进出口；3、上接口；4、阳极导电杆；5、上盖板；6、螺杆；7、滤芯阴极；8、滤芯阳极；9、粉末离子交换树脂层；10、壳体；11、o型密封圈；12、下接口；13、下盖板。
具体实施方式
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
33.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
35.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并
且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
36.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
37.如图1所示，本发明提供了一种粉末树脂无膜电去离子装置，包括：壳体10、上盖板5(含上接口3和粉末树脂进出口2)、滤芯阴极7、滤芯阳极8、粉末离子交换树脂层9、下盖板13(含下接口12)，上接口与下接口同轴设置，上接口与滤芯阳极8内部连通；所述壳体10与上盖板5和下盖板13间有o型密封圈11进行密封，并用多组螺杆6和螺母锁紧，螺杆和螺母配合连接(其中，壳体的上端外缘和上盖板外缘开设有多个同轴安装孔，螺杆插入安装孔的伸出端与螺母配合连接，上方o型密封圈安装在壳体的上端外缘和上盖板外缘的连接处之间；壳体的下端外缘和下盖板外缘也开设有多个同轴安装孔，螺杆插入安装孔的伸出端与螺母配合连接，下方o型密封圈安装在壳体的下端外缘和下盖板外缘的连接处之间)；所述滤芯阴极7和滤芯阳极8固定于上盖板5上，并分别用电连接的阴极导电杆1和阳极导电杆4与外界直流电源阴极、阳极连接(其中，滤芯阴极7与阴极导电杆1的一端电连接，阴极导电杆1的另一端穿出上盖板的外端与外界直流电源阴极连接；滤芯阳极8与阳极导电杆4的一端电连接，阳极导电杆4的另一端穿出上盖板的外端与外界直流电源阳极连接)；所述粉末离子交换树脂层9装载于滤芯阴极7内壁、滤芯阳极8外壁与上盖板5内壁组成的第一空间中，其由粉末树脂进出口2装入或卸出，粉末树脂进出口2与第一空间连通。滤芯阴极7外壁、上盖板5内壁、壳体10内壁和下盖板13内壁之间形成第二空间，下接口12与第二空间连通。
38.所述壳体10、上盖板5和下盖板13的材质为玻璃钢材质或其它绝缘的材质。所述滤芯阴极7为316或316l不锈钢材质，其孔径≤5um。所述滤芯阳极8为镀钌铱的钛基滤芯，其孔径≤5um。所述粉末离子交换树脂层9是由粒径为0.03-0.15mm的弱酸阳离子交换树脂或强酸阴离子交换树脂与强碱阴离子交换树脂按体积比1：1～1：4混合均匀的混合树脂。
39.本发明一种粉末树脂无膜电去离子装置的工作过程如下：
40.处理时，被处理的水自上接口3进入，穿过滤芯阳极8，进入粉末离子交换树脂层9，水中的电解物质被有效去除，净化后的水流过滤芯阴极7，最后从下接口12流出设备。
41.再生时，纯水从下接口12进入，流入滤芯阴极7，穿过粉末离子交换树脂层9和滤芯阳极8，最后从上接口3流出。进水同时，对树脂层施加强直流电，大量的水在滤芯阳极8和滤芯阴极7表面发生电解离，生成大量的oh-和h

，同时粉末离子交换树脂层9中树脂界面水在电场作用下极化，界面水解离生成大量oh-和h

，以上两种途径产生的oh-和h

与失效离子交换树脂上的盐分离子发生离子交换反应，交换下来的盐分离子随水流流出设备，而粉末离子交换树脂层9得以原位复苏和再生。
42.实施例1
43.粉末树脂无膜电去离子装置采用001
×
7苯乙烯系强酸性粉末阳离子交换树脂65ml、201
×
7苯乙烯系强碱性粉末阴离子交换树脂125ml的混合树脂190ml，粉末阴、阳离子交换树脂体积比例为1.92:1。采用图1所示的一种粉末树脂无膜电去离子装置中进行处理和再生。滤芯阴极内径100mm，高度31mm，滤芯阳极内径30mm，高度30mm。进水电导率约为5.0us/cm，一个工作周期内处理与再生时间分别为180min与20min，恒电流再生，再生电流1.75a，再生电压平均为50v，处理流速250l/h，再生流速150l/h，处理出水电导率在0.056～
0.070us/cm之间，二氧化硅含量平均10ug/l，再生产生的浓水平均电导率约为150us/cm，水回收率约为93.3％，能耗约为0.04kwh/m3。
44.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。