本發明屬于純水制備技術領域，特別是涉及一種電去離子裝置。

背景技術：

electrodeionization(edi即電去離子），是利用混合離子交換樹脂吸附給水中的陰陽離子，同時這些被吸附在離子交換樹脂上的離子在直流電的作用下分別通過陰陽離子交換膜而被除去的過程。目前電去離子裝置在純水及超純水制備領域得到廣泛應用，其主要結構包括加緊板、陽極室（含陽極）、陰極室（含陰極）以及位于陽極室和陰極室之間的一個或多個重復設置的濃水室和淡水室構成。這些濃水室和淡水室通過交替布置的陰離子交換膜和陽離子交換膜而形成。填充于淡水室的為陰陽離子交換樹脂，這些樹脂可以分層裝填也可以混合裝填。

在離子遷移的過程中，淡水室的離子交換樹脂層、陰陽離子交換膜、濃水室等幾部分的電阻構成了edi膜塊的內電阻。離子交換樹脂的主要作用為：1、增加離子的橫向遷移速度；2、延緩離子的縱向遷移速度；3、增加淡水室的導電性；4、加速水的局部離解率；5、交換水中陰陽離子提高產水純度。為了提高濃水室的導電性，部分廠家采用濃水循環和濃水加鹽的方式提高濃水室的導電度，降低濃水室的電阻，降低模塊在運行時的能耗。也有部分廠家采用在濃水室裝填樹脂的方式增加離子的橫向遷移速度提高濃水室的導電性，降低濃水室的電阻降低模塊在運行時的能耗。這兩種方式都存在一定的問題，濃水循環和加鹽在提高濃水和極水的導電度的同時也導致氯離子在陽極析出導致離子交換膜和樹脂的氧化，降低設備的性能，并且濃水循環和濃水室加鹽帶來的工藝復雜，運行控制要求高等問題。而在濃水室裝填樹脂雖然可以避免濃水循環和濃水室加鹽帶來的工藝復雜，運行控制要求高等問題，但是濃水室裝填還存在樹脂裝填不均的問題，散落在隔板上的樹脂容易形成架橋現象，造成模塊漏水和竄水等問題，對模塊生產提出了更高的要求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種電去離子裝置，以解決目前已有的電去離子裝置存在的模塊整體內電阻偏高，裝置運行能耗高的問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種電去離子裝置，其包括：包括陽極室、陰極室、交替排列在陽極室和陰極室之間的淡水室和濃水室，淡水室分別通過陽離子交換膜和陰離子交換膜與相鄰的濃水室隔開，淡水室內裝填有混床離子交換樹脂；所述陽離子交換膜為石墨烯改性陽離子交換膜，陰離子交換膜為石墨烯改性陰離子交換膜。

本發明如上所述的電去離子裝置，優選的，所述濃水室、陽極室和陰極室中的至少一個內裝填有至少一層石墨烯改性聚丙烯導電隔網。

本發明如上所述的電去離子裝置，進一步，石墨烯改性聚丙烯導電隔網按照以下方法制備:將聚丙烯、石墨烯、偶聯劑進行熱熔混煉、擠出造粒制成導電聚丙烯顆粒母料，石墨烯的添加量為聚丙烯的0.5wt%～1wt%；然后用導電母料與聚丙烯混合擠出拉絲制備導電聚丙烯絲線，利用導電聚丙烯絲線編織石墨烯改性聚丙烯導電隔網。

本發明如上所述的電去離子裝置，優選的，所述導電聚丙烯絲線的直徑為0.2～0.3mm，隔網編織形式為絞織，單層厚度在0.5～0.8mm，隔網的孔隙為20#～40#。

本發明如上所述的電去離子裝置，優選的，石墨烯改性陽離子交換膜和石墨烯改性陽離子交換膜含有以下成分：聚丙烯樹脂、聚異丁烯、石墨烯粉、離子交換樹脂、尼龍網、顏料、硬脂酸鈣和偶聯劑。

更優選的，各成分的重量份為：聚丙烯樹脂20～23、聚異丁烯4～6、石墨烯粉0.02～0.2、離子交換樹脂70～74、顏料0.02～0.05、硬脂酸鈣1.0～1.2、偶聯劑0.01～0.1。

本發明如上所述的電去離子裝置，優選的，所述離子交換樹脂為陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂；所述聚丙烯樹脂為無規共聚物。

本發明如上所述的電去離子裝置，優選的，陽離子交換樹脂為凝膠型強酸性陽離子交換樹脂；陰離子交換樹脂為凝膠型強堿性陰離子交換樹脂。

本發明如上所述的電去離子裝置，優選的，石墨烯為采用水合肼還原的氧化石墨烯，利用hummers法制備。

本發明如上所述的電去離子裝置，優選的，所述石墨烯為2層～9層結構的石墨烯。

本發明的有益效果是：

首先，利用石墨烯改性陽離子交換膜和石墨烯改性陰離子交換膜代替原有的離子交換膜，同時濃水室、陽極室和陰極室中的至少一個內裝填有至少一層石墨烯改性聚丙烯導電隔網，可以有效地提高離子交換膜和濃水室的導電性，降低電去離子模塊的內電阻，其模塊運行時內電阻與其他同處理量的模塊相比，在運行電流一致的條件下其運行電壓僅為同等模塊運行電壓的40%至60%，即模塊內電阻僅為其他同規格模塊內電阻的40%至60%。

其次，利用石墨烯改性聚丙烯隔網提高濃水室的導電性避免了由于濃水循環和濃水室加鹽帶來的工藝復雜，運行控制要求高等問題。

第三，利用石墨烯改性聚丙烯隔網提高濃水室的導電性代替離子交換樹脂用于濃水室裝填，簡化了裝填的難度，提高了濃水室導電層的均勻性。

第四，該發明不僅可以用于低內電阻電去離子模塊的生產，也可以用于原有電去離子模塊的維修改造，同時也可以用于電滲析產品的節能降耗。

本發明以石墨烯改性的低膜電阻陰、陽離子交換膜和石墨烯改性聚丙烯隔網為基礎，該發明可廣泛用于海水淡化、工業用軟水的制備、去離子純水及超純水的生產以及其他電驅動的膜分離技術領域。

附圖說明

通過結合以下附圖所作的詳細描述，本發明的上述和/或其他方面和優點將變得更清楚和更容易理解，這些附圖只是示意性的，并不限制本發明，其中：

圖1為本發明一種實施例的電去離子裝置示意圖；

圖2為圖1的局部放大示意圖；

圖3為一種實施例的濃水室和石墨烯改性聚丙烯導電隔網示意圖；

圖4為本發明一種實施例的淡水室和混床離子交換樹脂示意圖；

圖5為本發明一種實施例的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1、陽極室，2、陰極室，3、淡水室，4、濃水室，5、石墨烯改性陽離子交換膜，6、石墨烯改性陰離子交換膜，7、混床離子交換樹脂，8、石墨烯改性聚丙烯塑料格網，9、陽極，10、陰極，11、端板，21、聚丙烯樹脂，22、石墨烯粉，23、密煉機，24、聚異丁烯，25、聚丙烯石墨烯混合物，26、陽離子交換樹脂，27、陰離子交換樹脂，28、磨機，29、振動篩，210、壓延機，211、尼龍網，212、熱壓機，213、石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，214、顏料，215、硬脂酸鈣，216、偶聯劑。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖描述本發明的電去離子裝置的實施例。

在此記載的實施例為本發明的特定的具體實施方式，用于說明本發明的構思，均是解釋性和示例性的，不應解釋為對本發明實施方式及本發明范圍的限制。除在此記載的實施例外，本領域技術人員還能夠基于本申請權利要求書和說明書所公開的內容采用顯而易見的其它技術方案，這些技術方案包括采用對在此記載的實施例的做出任何顯而易見的替換和修改的技術方案。

本說明書的附圖為示意圖，輔助說明本發明的構思，示意性地表示各部分的形狀及其相互關系。請注意，為了便于清楚地表現出本發明實施例的各部件的結構，各附圖之間并未按照相同的比例繪制。相同的參考標記用于表示相同的部分。

結合圖1-4說明本發明第一種實施例的電去離子裝置，其包括：包括陽極室1、陰極室2、交替排列在陽極室1和陰極室2之間的淡水室3和濃水室4，淡水室3分別通過陽離子交換膜和陰離子交換膜與相鄰的濃水室4隔開，淡水室3內裝填有混床離子交換樹脂7；陽離子交換膜為石墨烯改性陽離子交換膜5，陰離子交換膜為石墨烯改性陰離子交換膜6。在圖1中還示出了位于陽極室1內測的陽極9，和位于陰極室2內測的陰極10，裝置兩邊由端板11夾緊固定。本發明有效降低了電去離子裝置的內電阻，明顯降低了膜塊的運行能耗。

結合圖1-4說明本發明二種實施例的電去離子裝置，其包括：包括陽極室1、陰極室2、交替排列在陽極室1和陰極室2之間的淡水室3和濃水室4，淡水室3分別通過陽離子交換膜和陰離子交換膜與相鄰的濃水室4隔開，淡水室3內裝填有混床離子交換樹脂7；陽離子交換膜為石墨烯改性陽離子交換膜5，陰離子交換膜為石墨烯改性陰離子交換膜6。在圖1中還示出了位于陽極室1內測的陽極9，和位于陰極室2內測的陰極10。與上述實施例不同的是，濃水室4、陽極室1和陰極室2中的至少一個內裝填有至少一層石墨烯改性聚丙烯導電隔網8。

參見圖3所示，濃水室4內裝填有兩層石墨烯改性聚丙烯導電隔網，石墨烯改性聚丙烯導電隔網的單層厚度為0，5～0.8mm。石墨烯改性聚丙烯導電格網為絞織，絲網的絲徑為0.2mm～0.3mm,其尺寸與濃室空腔的尺寸一致，其加工均采用沖床裁切或采用熱熔粘和。

本發明有效降低了電去離子裝置的內電阻，顯著改善了濃水室、陰極室、陽極室的導電性，與濃水室裝填樹脂降低模塊電阻相比，簡化了裝填的難度，同時避免了由于濃水循環和濃水室加鹽帶來的工藝復雜，運行控制要求高等問題，由于運用石墨烯改性聚丙烯塑料格網提高了濃水室導電層的均勻性，兩種降低膜塊的內電阻的應用，明顯降低了膜塊的運行能耗。該發明可以用于低內電阻電去離子膜塊的生產，也可以用于原有電去離子膜塊的維修與改造，還能用于電滲析裝置的節能降耗改造。本發明以石墨烯改性陽離子交換膜、石墨烯改性陰離子交換膜和石墨烯改性聚丙烯隔網為基礎，可廣泛用于海水淡化、工業用軟水的制備、去離子純水及超純水的生產以及其他電驅動的膜分離技術領域。

石墨烯改性聚丙烯導電隔網的制備方法實施例1

導電隔網按照以下方法制備:將聚丙烯、石墨烯、偶聯劑進行熱熔混煉、擠出造粒制成導電聚丙烯顆粒母料，石墨烯的添加量為聚丙烯的0.8wt%；然后用導電母料與聚丙烯混合擠出拉絲制備導電聚丙烯絲線，利用導電聚丙烯絲線編織石墨烯改性聚丙烯導電隔網。導電聚丙烯絲線的直徑為0.25mm，隔網編織形式為絞織，單層厚度在0.6mm，隔網的孔隙為30#。偶聯劑為硅烷偶聯劑a172，偶聯劑相對聚丙烯的添加量為1wt%。

石墨烯改性聚丙烯導電隔網的制備方法實施例2

導電隔網按照以下方法制備:將聚丙烯、石墨烯、偶聯劑進行熱熔混煉、擠出造粒制成導電聚丙烯顆粒母料，石墨烯的添加量為聚丙烯的0.5wt%；然后用導電母料與聚丙烯混合擠出拉絲制備導電聚丙烯絲線，利用導電聚丙烯絲線編織石墨烯改性聚丙烯導電隔網。導電聚丙烯絲線的直徑為0.3mm，隔網編織形式為絞織，單層厚度在0.5mm，隔網的孔隙為40#。偶聯劑為聚丙烯接枝馬來酸酐pp-mah，偶聯劑相對聚丙烯的添加量為5wt%。

石墨烯改性聚丙烯導電隔網的制備方法實施例3

導電隔網按照以下方法制備:將聚丙烯、石墨烯、偶聯劑進行熱熔混煉、擠出造粒制成導電聚丙烯顆粒母料，石墨烯的添加量為聚丙烯的1wt%；然后用導電母料與聚丙烯混合擠出拉絲制備導電聚丙烯絲線，利用導電聚丙烯絲線編織石墨烯改性聚丙烯導電隔網。導電聚丙烯絲線的直徑為0.2mm，隔網編織形式為絞織，單層厚度在0.8mm，隔網的孔隙為20#。偶聯劑為硅烷偶聯劑a172，偶聯劑相對聚丙烯的添加量為3wt%。

石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜實施例

在以下實施例中，

陽離子交換樹脂為凝膠型強酸性陽離子交換樹脂101x7；陰離子交換樹脂為凝膠型強堿性陰離子交換樹脂201x7，為上海羅門哈斯公司生產。

石墨烯為采用水合肼還原的氧化石墨烯，利用hummers法制備；石墨烯為2層～9層結構的石墨烯，具體為滄州烯騰科技有限公司生產。

石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，其含有以下重量份的成分：聚丙烯樹脂23克、聚異丁烯4克、石墨烯粉0.2克、離子交換樹脂70克、硬脂酸鈣1.2克、偶聯劑為硅烷偶聯劑kh-a1720.01克。

石墨烯是目前世界上最薄(厚度只有一個碳原子厚)、但硬度最強的納米材料。石墨烯是呈蜂巢狀的二維平面薄膜結構，這種結構是由碳原子以sp³雜化軌道組成，石墨烯所具有的特殊二維蜂巢狀平面結構，使得它成為其它石墨材料的基本組成單元。石墨烯尺寸小、電子傳遞速度快、導電性好、硬度高等優點。石墨烯的這些優點使得石墨烯在高分子材料改性中的應用成為可能。同時石墨烯本身化學穩定性好，不溶于水，耐腐蝕在水環境中不會發生化學反應，因此石墨烯改性材料可以用于涉水材料及產品的應用。

聚丙烯（polypropylene，簡稱pp）是一種半結晶的熱塑性塑料，不存在環境應力開裂問題。無規聚丙烯的耐化學性能在水環境下不會發生應力斷裂，以及對水和水蒸氣良好的阻隔效應。

結合圖5說明石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，根據上述配方將所有的原料進行稱量，將聚丙烯樹脂21與石墨烯粉22、偶聯劑216在密煉機23內密煉混合均勻，得到聚丙烯石墨烯混合物25，密煉后的物料顏色均一，無石墨烯團聚現象；

步驟2，步驟1所得物質在雙輥混煉機218內于140℃進行混煉，物質塑化完全后與與作為增柔劑的聚異丁烯24進行熔融接枝制備導電聚丙烯樹脂；

步驟3，將制備離子交換膜所需的離子交換樹脂（陽離子交換樹脂26或陰離子交換樹脂27）在干燥器217內干燥、利用磨機28粉碎再通過200目至400目振動篩29篩分得到所需粒度的離子交換樹脂粉末；

步驟4，將導電聚丙烯樹脂、離子交換樹脂粉末、顏料214、硬脂酸鈣215混合均勻；

步驟5，將步驟4中混合好的物料在壓延機210上擠出壓片，片材厚度為0.2mm，將尼龍網211置于兩片片材中間在熱壓機212上熱壓合而得石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜213。優選的，熱壓機的壓力為10mpa，熱壓進行的時間為40min。

石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜符合以下指標：離子交換膜的干膜厚度在0.4mm～0.6mm，水透過率小于0.15ml/h·cm²,陽膜交換容量（干）≥2.0mol/kg，陰膜交換容量（干）≥1.8mol/kg，爆破強度≥0.6mpa，尺寸變化率≤5%，熱穩定性≤40℃，化學穩定性ph范圍1～10、膜電阻小于5ω.cm²。

上述披露的各技術特征并不限于已披露的與其它特征的組合，本領域技術人員還可根據發明之目的進行各技術特征之間的其它組合，以實現本發明之目的為準。