一种电吸附模块改性系统及工艺

摘要

本发明公开了一种电吸附模块改性系统及工艺，涉及水处理领域，用以解决现有电吸附系统长期运行过程中由于表面副反应效应的累积，影响电吸附模块除盐效率的问题。系统包括：第一电极和第二电极，在电吸附工作时，组成电吸附模块；第三电极，用于在电吸附模块改性时，作为阳极；改性单元，由作为改性阳极的第三电极，以及在电吸附工作时作为阳极而在改性时作为改性阴极的所述第一电极或第二电极组成，用于对所述改性阴极进行阴极极化，以完成电吸附模块的改性。工艺包括下列步骤：以第三电极作为改性阳极，以第一电极或第二电极作为改性阴极；对作为改性阴极的所述第一电极或第二电极进行阴极极化，以完成电吸附模块的改性；采用所述的系统实施。

权利要求

1.一种电吸附模块改性系统，其特征在于，包括：

第一电极和第二电极，在电吸附工作时，组成电吸附模块；

第三电极，用于在电吸附模块改性时，作为阳极；

改性单元，由作为改性阳极的第三电极，以及在电吸附工作时作为阳极而在改性时作为改性阴极的所述第一电极或第二电极组成，用于对所述改性阴极进行阴极极化，所述进行阴极极化所施加的还原电位大于电吸附模块电吸附工作时所施加的电位，所述还原电位足以使电极表面的含氧官能团被还原，以完成电吸附模块的改性。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三电极采用多孔透水惰性电极材料。

3.一种电吸附模块改性工艺，其特征在于，包括下列步骤：

以第三电极作为改性阳极，以第一电极或第二电极作为改性阴极；

对作为改性阴极的所述第一电极或第二电极进行阴极极化，所述进行阴极极化所施加的还原电位大于电吸附模块电吸附工作时所施加的电位，所述还原电位足以使电极表面的含氧官能团被还原，以完成电吸附模块的改性；

上述步骤采用权利要求1或2所述的系统实施。

4.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，在电吸附工作时，第一电极作为电吸附阳极，则在电吸附模块改性时，以第一电极作为改性阴极。

5.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，在电吸附工作时，第一电极和第二电极采用倒极运行的方式运行，则在电吸附模块改性时，先以第三电极作为改性阳极，第一电极作为改性阴极，完成对第一电极的阴极极化，再以第三电极作为改性阳极，第二电极作为改性阴极，完成对第二电极的阴极极化。

6.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述第三电极采用多孔透水惰性电极材料。

说明书

一种电吸附模块改性系统及工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种电吸附模块改性系统及工艺。

背景技术

[0002] 电吸附除盐技术作为一种水处理技术，其核心设备是电吸附模块，其总的工艺流程分为2个部分，工作流程、再生流程。工作流程是使电吸附模块内相对的电极片通正负电，利用电极片之间的电势差吸附原水内的阴阳离子，达到净化原水的过程。在工作过程中有两种效应，电容吸附和表面副反应，电容吸附是水中正负离子富集在电极表面的除盐过程，而表面副反应是电极本身发生的缓慢的氧化还原反应，其中氧化反应为主要趋势。在再生过程中将正、负电极片短接，此时阴阳离子会脱附到电吸附模块通道内，并被水冲出电吸附模块，使模块得到再生。再生过程为工作过程中电容吸附效应的逆过程。

[0003] 经发明人研究发现，工作流程中的两种效应，即电容吸附和表面副反应，前者是可逆过程，后者是不可逆过程，虽然表面副反应是少量的、缓慢的，但是在电吸附系统长期运行过程中该效应会累积下来，使电吸附模块的电极缓慢变性，最终影响到电吸附模块的除盐效率。

发明内容

[0004] 本发明提供一种电吸附模块改性系统及工艺，用以解决现有电吸附系统长期运行过程中由于表面副反应效应的累积，影响电吸附模块除盐效率的问题。

[0005] 本发明的一种电吸附模块改性系统，包括：第一电极和第二电极，在电吸附工作时，组成电吸附模块；第三电极，用于在电吸附模块改性时，作为阳极；改性单元，由作为改性阳极的第三电极，以及在电吸附工作时作为阳极而在改性时作为改性阴极的所述第一电极或第二电极组成，用于对所述改性阴极进行阴极极化，所述进行阴极极化所施加的还原电位大于电吸附模块电吸附工作时所施加的电位，所述还原电位足以使电极表面的含氧官能团被还原，以完成电吸附模块的改性。

[0006] 上述第三电极采用多孔透水惰性电极材料。

[0007] 本发明的一种电吸附模块改性工艺，包括下列步骤：以第三电极作为改性阳极，以第一电极或第二电极作为改性阴极；对作为改性阴极的所述第一电极或第二电极进行阴极极化，所述进行阴极极化所施加的还原电位大于电吸附模块电吸附工作时所施加的电位，所述还原电位足以使电极表面的含氧官能团被还原，以完成电吸附模块的改性；采用上述的系统实施。

[0008] 进一步，如果在电吸附工作时，第一电极作为电吸附阳极，则在电吸附模块改性时，以第一电极作为改性阴极。如果在电吸附工作时，第一电极和第二电极采用倒极运行的方式运行，则在电吸附模块改性时，先以第三电极作为改性阳极，第一电极作为改性阴极，完成对第一电极的阴极极化，再以第三电极作为改性阳极，第二电极作为改性阴极，完成对第二电极的阴极极化。

[0009] 上述进行阴极极化所施加的还原电位大于电吸附模块电吸附工作时所施加的电位。第三电极采用多孔透水惰性电极材料。

[0010] 综上，本发明中引入第三电极作为辅助阳极，利用电化学原理，在电吸附模块改性过程中将第三电极作为阳极，将第一电极、第二电极作为阴极，因此可还原电吸附模块中的被氧化的第一电极、第二电极，从而使效率已经下降的电吸附模块恢复初始的除盐性能。延长电吸附模块的寿命。

附图说明

[0011] 图1-1为本发明实施例一中第三电极21与第一电极11组成改性单元2的系统结构示意图；

[0012] 图1-2为本发明实施例一中第三电极21与第二电极12组成改性单元2的系统结构示意图。

具体实施方式

[0013] 发明人经过长期的实践和多次实验验证，电吸附模块在长期运行过程中，电极表面发生氧化产生各种基团，这种基团最终会影响到电极的除盐效率。基团对电吸附效率的影响主要表现在以下两个方面。一是长期表面氧化时电极表面产生大量的带负电基团，导致再生过程结束后电极片上仍有大量的正电离子。在工作过程中，阴极表面已经富集大量的正电离子，因而吸附正电离子的能力大大降低，阳极由于本身带有大量的正离子，需先消耗一部分能量（电位）来驱赶表面的正离子，而后才能吸附负离子，也降低了阳极吸附负离子的能力。这样从宏观上就表现出模块吸附效率的下降。二是长期表面氧化后电极表面产生的负电基团具有阳离子离子交换的功能，即负电基团所带的阳离子为不稳定的、可置换的。将电极片置于PH值较低的溶液中，溶液中氢离子能和电极表面基团吸附的阳离子发生交换反应，氢离子被电极片吸附，本体溶液的阳离子浓度升高；再将电极片置入PH值为中性的盐溶液中，电极表面基团吸附的氢离子又会和溶液中的阳离子发生交换反应，阳离子被电极片基团吸附，溶液的PH值降低。这种行为表现在模块工作过程中，即：工作时，由于电极片阳极显酸性，PH值较低，电极片基团上吸附的阳离子会被氢离子交换到原溶液中，使原溶液的阳离子浓度升高，出水离子浓度升高，影响去除率。而在再生过程中，电极片附近溶液为中性，溶液中的阳离子会被电极片基团上的氢离子交换，使阳离子重新回到电极片上，影响再生效果。形成了和电吸附模块吸附——脱附——吸附相逆的过程。导致电吸附模块吸附效率下降。

[0014] 发明人进一步研究发现，电吸附模块的电极经过长期连续运行之后其电吸附性能有很大程度的衰减，当把该模块解剖后取其阳极组成新的模块进行试验，其吸附效果与衰减后的电极相比基本上没有区别甚至更差；而当取其阴极重新组成模块进行吸附试验时，其吸附效果和新电极无异，即阳极会发生衰减而阴极无衰减。理论上，当电极的阳极/阴极电位达到一定值的时候，电极材料会发生氧化、还原反应，尤其是发生在阳极的氧化反应，会造成电极表面状况发生变化，如产生一些含氧表面官能团，如羧基、羰基以及羟基等，其中尤其是羧基等基团可能会对电极正常的吸附行为造成一定的负面影响。并且官能团的产生还亦会造成零电荷电位的偏移，从而进一步影响电极的正常吸附行为。而阴极处于还原状态，不会形成官能团，其吸附性能一直保持不变。

[0015] 为了还原电吸附模块被氧化的电极，从而使效率已下降的电吸附模块恢复初始的盐性能，进而延长电吸附模块的使用寿命，本发明提供了一种电吸附模块改性系统及工艺，以下通过若干实施例进一步说明。

[0016] 实施例一、本实施例提供了一种电吸附模块改性系统，经研究发现，由于氧化作用产生的官能团可以通过电化学还原消除，进而恢复电极材料的吸附性能。因此，本实施例引入第三电极对已氧化的电极进行电化学还原，同时将更强的氧化电位加于第三电极，以使电极性能得以恢复的同时不破坏模块内用于吸附的电极。参见图1-1和图1-2所示，包括：

[0017] 第一电极11和第二电极12，在电吸附工作时，组成电吸附模块1。

[0018] 第三电极21，不参与第一电极11和第二电极12的正常吸附过程，在需要对第一电极11和第二电极12进行电化学还原时才参与，即在电吸附模块1改性时作为阳极（又可称为辅助阳极）。发明人考虑到，如果保证阴极有足够的还原电位，势必会对作为阳极的第三电极21造成更强的破坏，因此可采用多孔透水惰性电极材料，以避免经常更换第三电极21。

[0019] 改性单元2，由作为改性阳极的第三电极21，以及作为改性阴极的第一电极11或第二电极12组成，用于对作为改性阴极的第一电极11或第二电极12进行阴极极化，以完成电吸附模块的改性。

[0020] 实施例二、本实施例提供了一种电吸附模块改性工艺，采用实施例一所述的系统实施。本实施例中假设在电吸附工作过程中，以第一电极作为电吸附阳极。具体在电化学改性过程中，以第三电极作为改性阳极，以第一电极作为改性阴极。在第三电极和第一电极之间施加的还原电位大于电吸附模块电吸附工作时所施加的电位，进而对作为改性阴极的第一电极进行阴极极化，以完成第一电极的改性。发明人考虑到，如果保证阴极有足够的还原电位，势必会对作为阳极的第三电极造成更强的破坏，因此可采用多孔透水惰性电极材料，以避免经常更换第三电极。由于第二电极在在电吸附工作过程中作为电吸附阴极，基本无衰减，因此可以不对第二电极进行阴极极化。

[0021] 实施例三、本实施例提供了一种电吸附模块改性工艺，采用实施例一所述的系统实施，在本实施中电吸附工作过程采用倒极运行模式。

[0022] 经研究发现，由于氧化作用产生的官能团可以通过电化学还原消除，进而恢复电极材料的吸附性能。而电吸附模块基本单元由正、负两片电极组成，并且组成吸附单元时，电位总是偏正的，及氧化作用远强于还原作用，即两片电极作为阳极时均会发生氧化反应，而作为阴极时没有足够的还原电位使其还原，如果保证阴极有足够的还原电位，势必会对阳极造成更强的破坏。因此，本实施例引入第三电极的方式对已氧化的第一、第二电极进行电化学还原，同时将更强的氧化电位加于第三电极，以使第一、第二电极性能得以恢复的同时不破坏电吸附模块内用于吸附的第一、第二电极。

[0023] 具体在电吸附工作过程中，采用倒极运行的方式，即在相邻的两个工作周期其电极的极性相反，但是在长时间运行后，第一、第二电极上都会产生大量的表面官能团。

[0024] 具体在电化学改性过程中，先以第三电极作为改性阳极，第一电极作为改性阴极，组成改性单元。在第三电极和第一电极之间施加的还原电位需大于电吸附模块电吸附工作时所施加的电位，还原电位要足以使电极表面的含氧官能团被还原。完成对第一电极的阴极极化后，再以第三电极作为改性阳极，第二电极作为改性阴极，组成改性单元。同理施加还原电位，完成对第二电极的阴极极化。发明人考虑到，如果保证阴极有足够的还原电位，势必会对作为阳极的第三电极造成更强的破坏，因此可采用多孔透水惰性电极材料，以避免经常更换第三电极。

[0025] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。