Устройство деионизации с нерасходуемыми электродами различных типов

Устройство деионизации с нерасходуемыми электродами различных типов

Реферат

 

Изобретение относится к электрохимическим элементам и системам для деионизации и очистки сточных вод. Устройство содержит ячейки деионизации, причем каждая ячейка имеет два различных электрода. Электрод первого типа выполнен из поглощающего материала с большой площадью поверхности, изготовленного из резорцина, формальдегида, углеродного армирующего наполнителя, катализатора и продуктов их взаимодействия, в карбонизированной форме. Электрод второго типа выполнен из материала, такого как углеродная ткань или углеродный войлок. Каждая ячейка деионизации имеет один электрод первого типа, граничащий по обеим сторонам с электродом второго типа, а соседние ячейки не имеют никаких общих электродов того или другого типа. Раскрыт способ изготовления электродов первого типа путем затвердевания полимеризованной смеси резорцина, формальдегида и углеродного армирующего наполнителя, поставляемого в виде углеродных волокон, углеродного войлока или целлюлозы, при регулируемых ограниченных по диапазону температуре и времени и последующем обжиге полученного продукта для карбонизации электрода. Технический эффект - повышение эффективности работы устройства за счет улучшенной способности электродов к деионизации и создания надежного электрического контакта между электродами. 6 с. и 54 з.п. ф-лы, 2 табл., 10 ил.

Предшествующий уровень техники Изобретение касается углеродных аэрогелей, электрохимических элементов и систем для деионизации и очистки сточных вод.

Резорцин - это хорошо известный материал, обычно используемый в полимерах, красителях, клеях, фармацевтических препаратах и других приложениях. Он может быть получен в виде различных сортов и форм, таких как кристаллы, хлопьевидные частицы, гранулы и др. Резорцин в своих различных формах является растворимым в воде, спирте, эфире, бензоле, глицерине и формальдегиде.

Как описано в патенте US 5425858 Фармера, резорцин может быть использован для синтезирования углеродных аэрогелей. А конкретно, углеродный аэрогель может быть получен путем поликонденсации резорцина и формальдегида в слабощелочной среде, после чего осуществляется сверхкритическая сушка и пиролиз в инертной атмосфере. Тонкие электроды, выполненные из таких углеродных аэрогелей, могут быть использованы в приложениях, связанных с емкостной деионизацией, как описано в этой ссылке, содержание которой включено в полном объеме в качестве ссылки.

Однако тонкие пластины электродов (толщиной приблизительно 0.25 мм), сформированные с помощью этого процесса, имеют ряд недостатков. Во-первых, они чрезмерно дорогие для использования в промышленных масштабах, стоят порядка 1000 $/квадратный дюйм (25.4 мм²) площади поверхности. Во-вторых, устройство, использующее эти электроды, эффективно работает только при напряжениях и токах ниже, чем напряжения и токи, при которых вода электролизуется. Кроме того, тонкая природа пластин ограничивает способность к деионизации. Тонкие пластины не являются самоопорными и трудно выполнить прямой надежный электрический контакт с ними. И наконец, эти электроды приклеиваются к титановой пластине, и поэтому одна сторона каждой из этих пластин непригодна для использования в качестве деионизационной поверхности.

Краткое описание изобретения Настоящее изобретение касается устройства деионизации, содержащего резервуар, имеющий множество ячеек деионизации. Каждая ячейка деионизации содержит три нерасходуемых электрода двух различных типов. Один электрод содержит поглощающий материал с большой площадью поверхности (ПМБПП электрод), выполненный в виде пластины, имеющей две стороны, обращенные в противоположных направлениях. ПМБПП электрод удаляет ионы из жидкости, которая деионизируется. Этот ПМБПП электрод ограничивается двумя электродами, по одному с каждой стороны, которые не удаляют ионы из деионизируемой жидкости.

Согласно изобретению нерасходуемый поглощающий электрод содержит по меньшей мере одно вещество и группы, состоящей из дигидроксибензолов, тригидроксибензолов, дигидроксинафталинов и тригидроксинафталинов, формальдегид, углеродный армирующий наполнитель, катализатор, или продукты их взаимодействия, объединенные в карбонизированной форме, при этом электрод имеет толщину более 3 мм, а углеродный армирующий наполнитель, по существу, диспергирован по всей толщине электрода.

Желательно, чтобы вещество из группы, состоящей из дигидроксибензолов, тригидроксибензолов, дигидроксинафталинов и тригидроксинафталинов представляло собой резорцин.

Желательно, чтобы углеродный армирующий наполнитель представлял собой по меньшей мере один из материалов, выбранных из группы, состоящей из углеродного волокна, углеродного войлока и целлюлозы.

Желательно, чтобы первый резервуар имел по меньшей мере одно отверстие для ввода жидкости, множество расположенных на расстоянии друг от друга нерасходуемых поглощающих электродов первого типа, размещенных в первом резервуаре, причем каждый из электродов первого типа имел бы пару боковых поверхностей, обращенных в различных направлениях, множество нерасходуемых электродов второго типа, размещенных по обеим сторонам каждого из электродов первого типа, причем электроды второго типа имели бы состав, отличный от состава электродов первого типа, и первый источник напряжения, установленный для подачи первой разности потенциалов между по меньшей мере первым электродом первого типа и соответствующей парой электродов второго типа по обеим сторонам первого электрода первого типа, при этом электроды первого типа содержали бы по меньшей мере одно вещество из группы, состоящей из дигидроксибензолов, ригидроксибензолов, дигидроксинафталинов и тригидроксинафталинов, формальдегид, углеродный армирующий наполнитель, катализатор, или продукты их взаимодействия, объединенные в карбонизированной форме, причем электроды первого типа имели бы толщину по меньшей мере 1 мм.

Желательно, чтобы электрод второго типа был выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из углеродной ткани, углеродного войлока, графита, золота, платины, проводящего пластика и стеклоуглерода.

Желательно, чтобы оно дополнительно содержало бы размещенное в резервуаре средство для перемешивания деионизируемой жидкости.

Желательно, чтобы средство для перемешивания содержало бы аэратор, предназначенный для ввода газа в жидкость и размещенный вдоль внутренней нижней поверхности резервуара.

Желательно, чтобы в первом резервуаре электроды первого типа были наклонены под углом относительно электродов второго типа.

Желательно, чтобы по меньшей мере один электрод второго типа был прикреплен к каждой из противоположных, первой и второй, сторон, по существу, плоского непроводящего опорного конструктивного элемента, причем электрод второго типа на первой стороне упомянутого конструктивного опорного элемента был электрически изолирован от электрода второго типа на второй стороне упомянутого конструктивного опорного элемента, а конструктивный опорный элемент с упомянутыми электродами второго типа, закрепленными на нем, был бы расположен между двумя электродами первого типа.

Желательно, чтобы оно дополнительно содержало множество отверстий, расположенных на дне первого резервуара между разнесенными друг от друга электродами первого типа, причем упомянутые отверстия по размеру подходили бы для удаления твердых хлопьев, когда полярность первой разности потенциалов меняют на обратную.

Желательно, чтобы оно дополнительно содержало бы размещенное в резервуаре средство для перемешивания деионизируемой жидкости.

Желательно, чтобы средство для перемешивания содержало бы расположенный вдоль внутренней нижней поверхности резервуара аэратор, предназначенный для ввода газа в жидкость.

Согласно изобретению устройство для деионизации жидкости, содержащее первый резервуар, имеющий по меньшей мере одно отверстие для ввода жидкости, множество разнесенных друг от друга нерасходуемых поглощавших электродов первого типа, размещенных в первом резервуаре, причем каждый из электродов первого типа имеет пару боковых поверхностей, обращенных в различных направлениях, множество нерасходуемых электродов второго типа, размещенных по обеим сторонам каждого из электродов первого типа, причем электроды второго типа имеют состав, отличный от состава электродов первого типа, первый источник напряжения, установленный для подачи первой разности потенциалов между по меньшей мере первым электродом первого типа и соответствующей парой электродов второго типа по обеим сторонам первого электрода первого типа, и второй источник напряжения, установленный в первом резервуаре для подачи второй разности потенциалов между вторым электродом первого типа и соответствующей парой электродов второго типа, расположенных по обеим сторонам второго электрода первого типа.

Желательно, чтобы первая и вторая разности потенциалов имели различные полярности.

Желательно, чтобы был второй резервуар, имеющий впуск, соединенный с выпуском первого резервуара, и третий источник напряжения, установленный во втором резервуаре для обеспечения третьей разности потенциалов между по меньшей мере первым электродом первого типа во втором резервуаре и соответствующей парой электродов второго типа по обеим сторонам упомянутого первого электрода первого типа.

Желательно, чтобы дополнительно содержался четвертый источник напряжения, установленный для обеспечения четвертой разности потенциалов между по меньшей мере вторым электродом первого типа во втором резервуаре и соответствующей парой электродов второго типа по обеим сторонам первого электрода первого типа во втором резервуаре.

Желательно, чтобы первая и вторая разности потенциалов имели различные полярности, и третья и четвертая разности потенциалов имели различные полярности.

Желательно, чтобы дополнительно содержался третий резервуар, имеющий впуск, соединенный с выпуском второго резервуара, и пятый источник напряжения, установленный для обеспечения пятой разности потенциалов между по меньшей мере первым электродом первого типа в третьем резервуаре и соответствующей парой электродов второго типа по обеим сторонам упомянутого первого электрода первого типа в третьем резервуаре.

Желательно, чтобы дополнительно содержался шестой источник напряжения, установленный для обеспечения шестой разности потенциалов между по меньшей мере вторым электродом первого типа в третьем резервуаре и соответствующей парой электродов второго типа по обеим сторонам первого электрода первого типа в третьем резервуаре.

Желательно, чтобы первая и вторая разности потенциалов имели различные полярности, третья и четвертая разности потенциалов имели различные полярности и пятая и шестая разности потенциалов имели различные полярности.

Желательно, чтобы по меньшей мере один электрод второго типа был прикреплен к каждой из противоположных, первой и второй, сторон, по существу, плоского, непроводящего конструктивного опорного элемента, причем электрод второго типа на первой стороне конструктивного опорного элемента был электрически изолирован от электрода второго типа на второй стороне конструктивного опорного элемента, а конструктивный опорный элемент с электродами второго типа, закрепленными на нем, был расположен между двумя электродами первого типа.

Желательно, чтобы электроды первого типа содержали по меньшей мере одно вещество из группы, состоящей из дигидроксибензолов, тригидроксибензолов, дигидроксинафталинов и тригидроксинафталинов, формальдегид; углеродный армирующий наполнитель, катализатор, или продукты их взаимодействия, объединенные в карбонизированной форме, причем электроды первого типа имели бы толщину во меньшей мере 1 мм.

Желательно, чтобы электрод второго типа представлял собой один из группы, состоящей из углеродной ткани, углеродного войлока, графита, золота, платины, проводящего пластика и стеклоуглерода.

Желательно, чтобы дополнительно содержался бы по меньшей мере первый датчик, установленный для измерения свойства обрабатываемой жидкости и формирования на выходе первого сигнала данных, отражающего упомянутое свойство, и контроллер, принимающий первый сигнал данных и формирующий на выходе первый управляющий сигнал в ответ на него, при этом первый управляющий сигнал регулирует, по меньшей мере, одну из первой и второй разностей потенциалов, прикладываемых с помощью соответствующих первого и второго источников напряжения.

Желательно, чтобы дополнительно содержался затвор, регулирующий расход жидкости в первом резервуаре, при этом контроллер был бы выполнен с возможностью формирования на выходе второго управляющего сигнала, который регулировал бы положение затвора так, чтобы расход имел негативное влияние.

Согласно изобретению устройство для деионизации жидкости содержит резервуар, включающий множество ячеек деионизации, расположенных смежно, при этом каждая ячейка деионизации содержит три нерасходуемых электрода двух различных типов: электрод первого типа, выполненный в виде плоской пластины, ограниченной по обеим своим боковым сторонам электродом второго типа; первый источник напряжения, выполненный с возможностью обеспечения первой разности потенциалов между электродом первого типа и электродами второго типа в каждой из ячеек деионизации, соединенных с первым источником напряжения; второй источник напряжения, выполненный с возможностью обеспечения второй разности потенциалов между электродом первого типа и электродами второго типа в каждой из ячеек деионизации, соединенных со вторым источником напряжения, при этом упомянутые первая и вторая разности потенциалов отличаются друг от друга.

Желательно, чтобы ячейки деионизации, соединенные с первым источником напряжения, чередовались с ячейками деионизации, соединенными с вторым источником напряжения.

Желательно, чтобы первая и вторая разности потенциалов имели различные полярности.

Желательно, чтобы дополнительно был третий источник напряжения для обеспечения третьей разности потенциалов между электродом первого типа и электродами второго типа в каждой из ячеек деионизации, соединенных с третьим источником напряжения, причем упомянутая третья разность потенциалов отличалась бы от по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй разностей потенциалов.

Желательно, чтобы устройство для деионизации жидкости дополнительно содержало по меньшей мере один датчик, выполненный для измерения свойств сточных вод, относящихся к упомянутому резервуару, и контроллер, выполненный для управления по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй разностей потенциалов в ответ на измеренные данные датчика.

Желательно, чтобы упомянутый по меньшей мере один датчик измерял рН упомянутых сточных вод.

Желательно, чтобы упомянутый по меньшей мере один датчик измерял электропроводность упомянутых сточных вод.

Желательно, чтобы упомянутый по меньшей мере один датчик измерял концентрацию по меньшей мере одного из следующих веществ: фторида, аммиака и хлорида.

Желательно, чтобы упомянутый нерасходуемый армированный углеродом электрод первого типа был выполнен из формальдегида, углеродного армирующего наполнителя, катализатора и продуктов их взаимодействия, причем углеродный армирующий наполнитель, по существу, диспергирован по всему упомянутому электроду, при этом упомянутый электрод имеет толщину, достаточную для выдерживания собственного веса при установке его на торец.

Согласно изобретению устройство содержит первый и второй резервуары, при этом сточные воды из первого резервуара через выпуск, затвор и впуск попадают во второй резервуар, при этом каждый резервуар включает ячейки деионизации, содержащее три нерасходуемых электрода двух различных типов: электрод первого типа, выполненный в виде плоской пластины, ограниченной по обеим своим сторонам электродами второго типа, причем электроды первого типа имеют состав, отличный от состава электродов второго типа, первый источник напряжения, установленный для подачи первой разности потенциалов между электродом первого типа и электродами второго типа в упомянутой по меньшей мере одной ячейке деионизации в первом резервуаре; второй источник напряжения, установленный для подачи второй разности потенциалов между электродом первого типа и электродами второго типа в упомянутой по меньшей мере одной ячейке деионизации во втором резервуаре, при этом упомянутые первая и вторая разности потенциалов отличаются друг от друга.

Желательно, чтобы источники напряжения формировали напряжение различной полярности.

Желательно, чтобы устройство для деионизации жидкости содержало третий резервуар, имеющий впуск, соединенный с выпуском упомянутого второго резервуара вторым трубопроводом для прохода сточных вод из упомянутого второго резервуара в упомянутый третий резервуар, при этом упомянутый третий резервуар включает по меньшей мере одну ячейку деионизации, содержащую три нерасходуемых электрода двух различных типов: электрод первого типа, выполненный в виде плоской пластины, ограниченной по обеим своим сторонам электродом второго типа, причем упомянутый электрод первого типа имеет состав, отличный от первого типа, источник напряжения, выполненный с возможностью обеспечения третьей разности потенциалов между электродом первого типа и электродами второго типа в упомянутой по меньшей мере одной ячейке деионизации в третьем резервуаре; при этом упомянутая третья разность потенциалов отличается от по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй разностей потенциалов.

Желательно, чтобы устройство для деионизации жидкости содержало по меньшей мере один датчик, выполненный для измерения свойств сточных вод, относящихся к каждому из упомянутых резервуаров; и контроллер, выполненный для управления расходом сточных вод в по меньшей мере одном из упомянутых резервуарах в ответ на по меньшей мере одно измерение датчика, при этом упомянутые свойства представляют собой по меньшей мере одно из следующих: рН и электропроводность.

Желательно, чтобы устройство для деионизации жидкости содержало по меньшей мере один датчик, выполненный для измерения свойств сточных вод, относящихся к каждому из упомянутых резервуаров; и контроллер, выполненный для управления по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй разностей потенциалов в ответ на по меньшей мере одно измерение датчика.

Желательно, чтобы упомянутый по меньшей мере один датчик измерял рН упомянутых сточных вод.

Желательно, чтобы по меньшей мере один датчик измерял электропроводность упомянутых сточных вод.

Желательно, чтобы по меньшей мере один датчик измерял концентрацию по меньшей мере одного из следующих веществ: фторида, аммиака и хлорида.

Желательно, чтобы нерасходуемый электрод первого типа был выполнен из формальдегида, углеродного армирующего наполнителя, катализатора и продуктов их взаимодействия, причем углеродный армирующий наполнитель, по существу, диспергирован по всему упомянутому электроду, при этом упомянутый электрод имел бы толщину, достаточную для выдерживания собственного веса при установке его на торец.

Согласно изобретению способ получения армированного углеродом, поглощающего, нерасходуемого электрода, включающий растворение резорцина в формальдегиде для образования раствора, объединение раствора с углеродным армирующим наполнителем для образования смеси, нагревание смеси в течение времени и при температуре, достаточных для получения такой консистенции смеси, при которой отсутствует оседание углеродного армирующего наполнителя в смеси, осуществляют разливание смеси толщиной по меньшей мере 3 мм, отверждение ее в течение времени и при температуре, достаточных для превращения смеси в твердое тело, и обжиг твердого тела при температуре и в течение времени, достаточных для превращения твердого тела в результате карбонизации в электропроводящую пластину.

Желательно, чтобы углеродный армирующий наполнитель содержал углеродные волокна, а этап объединения включал разрезание углеродных волокон на более мелкие кусочки.

Желательно, чтобы осуществляли регулирование температуры смеси между 54-65^oС в процессе нагрева.

Желательно, чтобы смесь разливали толщиной от 3 до 19 мм.

Желательно, чтобы смесь отверждали на воздухе.

Желательно, чтобы на твердом теле перед его обжигом размещали груз, чтобы тем самым препятствовать деформации получающейся в результате пластины.

Желательно, чтобы что твердое тело обжигали на воздухе при температуре от 955 до 1207^oС.

Желательно, чтобы твердое тело обжигали на воздухе при температуре от 965 до 975^oС.

Желательно, чтобы осуществляли механическую обработку пластины после обжига твердого тела, при этом механическая обработка включала бы шлифование пластины или обработку на станке.

Согласно изобретению способ получения армированного углеродом поглощающего нерасходуемого электрода включает введение углеродной основы, имеющей матричную структуру, в контейнер, растворение резорцина в формальдегиде для образования раствора, введение раствора в контейнер таким образом, чтобы раствор, по существу, диспергировался во всей матричной структуре, тем самым замещая воздух, имевшийся в матричной структуре; выдержка матричной структуры с диспергированным в ней раствором при температуре и в течение времени, достаточных для того, чтобы матричная структура в результате отверждения превратилась в ксерогелевый блок; и обжиг блока при температуре и в течение времени, достаточных для превращения в результате карбонизации блока в электропроводящую пластину, при этом углеродная основа является достаточно толстой для того, чтобы блок в результате карбонизации превратился в электропроводящую пластину толщиной больше, чем 3 мм.

Желательно, что углеродную основу выполняют из чистого без примесей целлюлозного волокна, углеродного войлока или из целлюлозного волокна, пропитанного активированным углем.

Желательно, чтобы матричную структуру с диспергированным в ней раствором выдерживали при температуре примерно 33^oС.

Желательно, чтобы блок придавливали грузом до этапа обжига.

Желательно, чтобы блок обжигали при температуре от 1010 до 1207^oС.

Желательно, чтобы осуществляли механическую обработку пластины после обжига блока, причем упомянутая механическая обработка включала бы шлифование пластины или обработку на станке.

Краткое описание чертежей Эти и другие особенности, аспекты и достоинства настоящего изобретения можно увидеть на чертежах, на которых: Фиг. 1 - перспектива устройства выполненного в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2А - вид резервуара, используемого в устройстве настоящего изобретения. Фиг. 2В и 2С показывают две схемы для неподвижного закрепления ПМБПП пластин в резервуаре.

Фиг. 3 - вид сверху устройства, показанного на фиг.1, выполненного для протекания потока по змеевидному пути.

Фиг. 4А и 4В показывают ячейку деионизации, образованную из соседних электродов.

Фиг. 5 показывает аппарат с тремя последовательно соединенными устройствами.

Фиг. 6А и 6В показывает альтернативные варианты по отношению к варианту, в котором все электроды параллельны друг другу.

Фиг. 7 представляет вид сверху резервуара с выполненными в нем отверстиями для выхода ионов.

Фиг. 8 показывает экспериментальное устройство, сконструированное в соответствии с вариантом, показанным на фиг.5.

Фиг. 9А-9Е представляют результаты порционной обработки с использованием устройства, показанного на фиг.8.

Фиг. 10 представляет блок-схему для автоматизированного устройства деионизации.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения На фиг.1 показано устройство 18, выполненное в соответствии с настоящим изобретением. Устройство содержит ряд параллельно расположенных, закрепленных электродов 20, 22. Как обсуждалось ниже, устройство снабжено электродами двух различных видов и эти электроды чередуются.

Электроды устройства закреплены по ширине, по существу, прямоугольной камеры или резервуара 24. Сам резервуар содержит пару боковых стенок 26, 28, пару торцевых стенок 30, 52 и плоское дно 34. Стенки резервуара предпочтительно выполнены из стекла, пластика, плексигласа или другого электроизоляционного, водонепроницаемого материала.

Впуск 36, выполненный в дне, и выпуск 38 в первой торцевой стенке обеспечивают вход и выход жидкости, которая деионизуется во время нахождения в резервуаре. В альтернативном варианте впуск может быть выполнен во второй торцевой стенке, когда поток протекает по змеевидному пути, как изображено пунктирной линией на фиг.3, если требуется. Кроме того, может быть выполнено множество впусков и выпусков, разнесенных друг от друга, в дне или в боковых сторонах, когда для деионизации жидкостей из различных источников применяется один резервуар, причем каждая жидкость имеет ионы, которые должны быть удалены, различных полярностей и размеров.

В основании резервуара расположен воздушный диффузор 42, через который вводится воздух. Как показано на фиг.2А, воздушный диффузор содержит ряд параллельно расположенных трубок 44, выполненных из стирола или другого подобного материала и имеющих небольшие отверстия. Трубки 44 вытянуты через ширину резервуара и в предпочтительном варианте расположены между обращенными друг к другу электродами. Когда устройство работает, то воздух нагнетается через эти трубки для насыщения воздухом и перемешивания жидкости в резервуаре. Это ускоряет деионизацию за счет перемешивания жидкости в резервуаре и приведения в движение ионов между противоположно заряженными электродами.

Специалисту в данной области техники очевидно, что эквивалентные средства аэрации могут быть использованы вместо сети параллельных трубок, снабженных отверстиями. Например, может быть выполнено вспомогательное дно и воздух, нагнетаемый между дном резервуара и вспомогательным дном, будет проникать через отверстия, выполненные в последнем. Другой альтернативный вариант - это размещение, по существу, плоского баллона из эластичного пластика на дне резервуара и воздух, после того, как он был накачан в этот эластичный баллон, может поступать в жидкость через отверстия в его верхней стороне.

Боковые стенки 26, 28 резервуара на поверхностях, обращенных внутрь, снабжены рядом закрепляющих зажимов, также выполненных из стирола или другого пластика. Закрепляющие зажимы 46, 48, как показано на фиг.2А, предназначены для выравнивания и фиксации электродов, введенных в резервуар. Закрепляющие зажимы 46 и 48 могут отличаться по размеру, форме и материалам в зависимости от физических и химических свойств электродов 20, 22, которым они должны конструктивно соответствовать.

Электрод может быть вставлен с каждого своего бокового края непосредственно в закрепляющие зажимы, расположенные напротив друг друга. В таком случае электрод может быть выполнен с отверстием 50, как показано на фиг.3, примыкающим к тому месту, где он вставляется в закрепляющий зажим. Это отверстие 50 выполняет функцию канала, через который может проходить жидкость, когда она протекает через резервуар.

В альтернативном варианте электрод может удерживаться не напрямую с помощью закрепляющего зажима, а через акриловую проставку 52 на одном или обоих его концах, причем акриловая проставка прикрепляется к электроду с помощью соединительного зажима 54. В таком случае отверстие 56 может быть выполнено в самой акриловой проставке для того, чтобы жидкость могла проходить через нее. Такая конструкция особенно предпочтительна, когда отверстие не может быть выполнено в самом электроде по причинам, связанным с его структурой, электрическими свойствами или по другим причинам.

Кроме того, дно 34 резервуара может быть снабжено блокирующими элементами 57 из пластика, как показано на фиг.2В, или канавками 58, как показано на фиг.2С, которые вытянуты по ширине резервуара. Такие блокирующие элементы и канавки позволяют выборочно регулировать положение электродов, перемещая их в направлении одной или другой боковой стенки. Это особенно благоприятно, когда желательно иметь змеевидное течение жидкости, проходящей вдоль каждой лицевой стороны каждого электрода от впуска на одной торцевой стенке резервуара до выпуска, выполненного на противоположной торцевой стенке. В качестве альтернативного варианта для блокирующего элемента или канавки, вдоль которых может скользить электрод, центральная часть донной стенки может быть снабжена щелями, в которые вставлены фиксирующие донные зажимы или пружинные фиксаторы. Донный край электрода тогда может быть вставлен в эти донные зажимы или фиксаторы на любом требующемся расстоянии от любой боковой стенки. Как описано выше, акриловые стержни-проставки могут использоваться для мостика через зазор между свободным концом электрода и закрепляющим зажимом.

По наружным боковым стенкам резервуар может быть снабжен шиной 60. Каждая шина выполнена с множеством контактных выводов 62, электрически изолированных друг от друга, при этом каждый контактный вывод выполнен для подсоединения к соответствующему электроду. Это позволяет индивидуально регулировать напряжение и ток, подаваемые на каждый электрод. Индивидуальные контактные выводы могут быть электрически соединены с соответствующими электродами с помощью обычных электрических выводов, таких как зажимы-"крокодилы", или эквивалентных соединительных средств. Однако более предпочтительно, чтобы индивидуальные контактные выводы могли подсоединяться с помощью медного провода 64, соединенного через нерасходуемый графитовый стержень с любым соответствующим закрепляющим зажимом или соответствующим соединяющим зажимом, если они используются. Тогда электрод входит в контакт с графитовым стержнем, когда этот электрод вводится в закрепляющий или соединяющий зажим. Для упрощения осуществления этого электрического контакта пластинчатая пружина или другой подобный элемент может быть прикреплена к концу проводящей полоски известным способом. Тогда пластинчатая пружина может быть надежным каналом зажима, в который вставляется край электрода.

Как утверждалось выше, в устройстве, выполненном в соответствии с настоящим изобретением, используются проводящие, не расходуемые электроды двух типов. В предпочтительном варианте электрод первого типа выполнен в виде плоской пластины, ограниченной по обеим своим боковым сторонам электродом второго типа. Вместе три электрода образуют ячейку деионизации. Во время работы в нормальном режиме между электродом первого типа и каждым из электродов второго типа устанавливается, по существу, аналогичная разность потенциалов. Это осуществляется за счет подключения одного вывода источника напряжения к электроду первого типа, а пары общих выводов того же источника напряжения к каждому из двух электродов второго типа. Общие выводы обеспечивают, по существу, условие, что аналогичное напряжение поддерживается между электродом первого типа и каждым из электродов второго типа, ограничивающих электрод первого типа.

Электрод 22 первого типа выполнен из поглощающего материала с большой площадью поверхности на основе угля (ПМБПП электрод). Этот электрод выводит и удерживает ионы из водного раствора, когда пропускается электрический ток. В предпочтительном варианте ПМБПП электрод выполнен из резорцина, формальдегида, по меньшей мере одного материала из: углеродного волокна, углеродного нетканого материала (войлока) и целлюлозы; катализатора и продуктов их взаимодействия, в карбонизированной форме. Ниже более подробно описан процесс формирования ПМБПП электрода.

Электрод 20 второго типа, хотя образован из проводящего материала, он не выводит или не удерживает ионы, когда пропускается электрический ток, и поэтому, он непоглощающий (не-ПМБПП электрод). Это свойство общее для электродов, выполненных из углеродной ткани, графита, золота, платины и других проводящих материалов, которые не разрушаются в электрическом поле в водном растворе. В предпочтительном варианте не-ПМБПП углеродный электрод выполнен из любого графита или более предпочтительно из углеродной ткани, такой как сплетенные волокна серия номер PANEX 30, изготавливаемые Zoltek.

Как показано на фиг. 4А, не-ПМБПП углеродный электрод 20 выполнен как двойной электрод, в котором имеется пара проводящих поверхностей, которые электрически изолированы одна от другой. Двойной электрод 20 выполнен путем прикрепления отдельного куска углеродной ткани 72а, 72b к обеим сторонам листа толщиной 3/8 дюйма (9,5 мм) из плексигласа 74. Плексиглас выполняет функцию непроводящего, жесткого опорного конструктивного элемента, а также препятствует прохождению потока жидкости непосредственно через оба куска углеродной ткани. Следовательно, стекло, акрилы и другие подобные материалы могут использоваться вместо плексигласа. В предпочтительном варианте углеродная ткань прикрепляется к обеим сторонам плексигласового листа с помощью эпоксидного клея. Как известно специалистам в данной области техники, для закрепления электрода из углеродной ткани (УТ) могут использоваться другие клеи и даже механические средства крепления, такие как винты, зажимы и другие.

Когда к обеим сторонам плексигласового листа 74 прикреплены куски углеродной ткани, то углеродная ткань 72а, с одной стороны, может быть электрически соединена с противоположной 72b, находящейся на другой стороне того же листа 74, если это требуется. Однако обычно этого нет, поэтому к углеродной ткани на каждой стороне плексигласа могут прикладываться различные напряжения от отдельных источников напряжения. В таком случае соседние ячейки, находящиеся в одном резервуаре, могут быть включены в рабочий режим с помощью различных источников напряжения.

Как показано на фиг.4В, в устройстве, выполненном согласно настоящего изобретения, эти двусторонние не-ПМБПП электроды 20 чередуются в резервуаре с ПМБПП электродами 22, на каждый из которых может подаваться в любой заданный момент времени только одно напряжение. Следовательно, в устройстве, выполненном согласно настоящего изобретения, одна сторона ПМБПП электрода обращена к УТ электроду 72b, прикрепленному к первому листу 74 из плексигласа, а вторая, обратная сторона ПМБПП электрода обращена к УТ электроду 76а, прикрепленному ко второму листу 78 из плексигласа. Таким образом, каждый из ПМБПП электродов 22 со своей парой соответствующих не-ПМБПП тканевых электродов образуют ячейку 80 деионизации. Торцевые стенки 30, 32 имеют электрод из углеродной ткани, прикрепленный к сторонам, обращенным внутрь, и электрод становится частью ячейки.

При использовании двух УТ электродов 72b, 72а, которые обращены к одному и тому же ПМБПП электроду 22, они обычно поддерживаются под напряжением одного и того же уровня и полярности. В альтернативном варианте, если требуется, они могут поддерживаться под напряжением с разной величиной, т.к. каждый из них снабжен собственным выходным контактом 62 на шине 60. Когда напряжение прикладывается между ПМБПП электродом 22 и соответствующими ему не-ПМБПП электродами 72b, 76а, то ячейка 80 активизируется и на обеих сторонах ПМБПП электрода 22 происходит деионизация. Предпочтительно, чтобы на оба не-ПМБПП электрода одной ячейки подавалось напряжение одного уровня. Однако, если два не-ПМБПП электрода по обеим сторонам ПМБПП электрода имеют различные площади поверхности, и поэтому могут поддерживать различные плотности тока, то возможна их активизация путем подачи различных напряжений.

ПМБПП электрод может быть положительно или отрицательно заряженным по отношению к не-ПМБПП электроду. Когда ПМБПП электрод заряжен положительно, то он притягивает, поглощает и удерживает отрицательные ионы. Это приводит к тому, что рН воды в непосредственной окрестности ячейки увеличивается или вода становится более едкой. Когда ПМБПП электрод заряжен отрицательно, то он притягива