CN106587287B - 一种基于纸基材料的海水净化装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于纸基材料的海水净化装置及其制备方法，该装置包含依次叠放的n层纸基净水模块，n≥1，n为自然数。其中，纸基净水模块包含：设置在底层的纸基薄膜材料，以及设置在纸基薄膜材料上表面的m个离子吸附电极，m≥1，m为自然数，相邻离子吸附电极之间相互电隔离。本发明的海水净化装置能够实现自动化生产操作，根据不同需求，能够提供不同大小的尺寸，而且制备工艺简单，成本低。

Description

一种基于纸基材料的海水净化装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种海水净化装置，具体涉及一种基于纸基材料的海水净化装置及其制备方法。

背景技术

近些年来，电容式去离子技术因其性能可靠、能量效率高、器件结构简单及净水成本低等优势在较低盐浓度水净化领域备受瞩目，被认为是一种可有效缓解世界淡水资源危机的重要手段。但是，现有电容式去离子技术存在许多问题，如多孔碳电极材料无法自动化生产组装、电极电导率低、功耗大、无法持续稳定工作以及尺寸大，极大地限制了其进一步地发展与推广。同时，液体在进行去离子净化前需要将其中的不溶性杂质去除，这也使得系统的复杂度增大。

纸基材料因其多孔的纤维状质地而被广泛用于液体净化领域，而其柔性的质地也便于其被加工成多种形状，使得对其的加工工艺和流程简单易行，同时纸基材料的成本极为低廉。但是，纸基器件不能实现自动化，工作效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纸基材料的海水净化装置及其制备方法，该装置解决了现有技术中电容式去离子技术和纸基器件的不足，能够实现自动化生产操作，根据不同需求，能够提供不同大小的尺寸，而且制备工艺简单，碳含量高，成本低。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于纸基材料的海水净化装置，该装置包含依次叠放的n层纸基净水模块，n≥1，n为自然数。

其中，所述的纸基净水模块包含：设置在底层的纸基薄膜材料，以及设置在所述的纸基薄膜材料上表面的m个离子吸附电极，m≥1，m为自然数。

其中，所述的相邻离子吸附电极之间相互电隔离。

所述的离子吸附电极包括电极一和电极二，所述的电极一和电极二为一对正负电极，且所述的电极一和电极二之间电隔绝。

所述的离子吸附电极为平面电极。

所述的电极一和电极二以叉指形式相对排布。

所述的电极一和电极二的一侧均呈锯齿状，但并不限于上述锯齿状。

所述的锯齿状包括（但不限于）：矩形锯齿状、弧形锯齿状和三角形锯齿状中的任意一种。

所述的离子吸附电极为多孔碳材料，所述的纸基薄膜材料为多孔纤维材料。

所述的多孔纤维材料包括（但并不限于）滤纸、打印纸或布料中的任意一种。

所述的基于纸基材料的海水净化装置的制备方法，该制备方法包含：

步骤1：采用打印或丝网印刷的方式在所述的纸基薄膜材料表面制备所述的离子吸附电极，得到所述的纸基净水模块；

步骤2：将步骤1得到的n个所述的纸基净水模块依次堆叠，组装在一起。

步骤2中所述的组装是通过机械压实或黏性物质辅助的方式完成。

本发明提供的基于纸基材料的海水净化装置，解决了现有技术中电容式去离子技术和纸基器件的不足，具有以下优点：

（1）本发明的海水净化装置在纸基薄膜材料上设有离子吸附电极，增加了去离子化的功能，并且通过的水量大，易加工，简化设备的制备流程，操作简单，以及制备的成本低；

（2）本发明的海水净化装置采用纸基薄膜材料，能够去除液体中不溶性颗粒物质，不需要额外的除杂过程，操作更加简便，而现有电容式去离子技术在进行去离子操作前，需去除溶液中的不溶性颗粒杂质，以免堵塞沟道，操作复杂；

（3）本发明的海水净化装置采用纸基薄膜材料，该纸基薄膜材料作为电极载体的同时也作为液体的通道，不需要额外加工制作流道，且电极直接制备在其表面，工艺简单，通量较大，而现有电容式去离子技术需要使用较小尺寸的沟道，且电极与沟道需以较高精度排布，制备难度高，且通量较低；

（4）本发明的海水净化装置采用纸基薄膜材料，溶液能够在重力及毛细作用下流过纸基薄膜材料，速度自动可控，不需要外部设备干预，而现有电容式去离子技术需要可精准控制流速的泵驱动溶液流动，装置较为复杂；

（5）本发明的海水净化装置的纸基薄膜材料和离子吸附电极在自然状态下均可降解，进而降低了对环境的污染，而现有电容式去离子技术中使用的沟道及电极材料等无法回收或降解；

（6）本发明的纸基净水模块制备采用打印或丝网印刷的方式，该方式制备的电极碳含量高，成本低，而现有电容式去离子技术使用的碳电极是通过粉末状碳材料与有机粘性物质混合制作而成，导电率低导致耗电及发热量大，成本较高；

（7）本发明的海水净化装置采用纸基净水模块堆叠的方式制备，可方便地进行大规模生产，且可根据不同需求，通过增减纸基净水模块层数的方式实现个性化设计。

附图说明

图1为本发明的一种基于纸基材料的海水净化装置的结构示意图。

图2为本发明的单个纸基净水模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，为本发明提供的一种基于纸基材料的海水净化装置，该装置包含依次叠放的n层纸基净水模块10，n≥1，n为自然数。该纸基净水模块10包含：设置在底层的纸基薄膜材料12，以及设置在纸基薄膜材料12上表面的m个离子吸附电极11，m≥1，m为自然数。

其中，该离子吸附电极11为平面电极，采用多孔碳材料，相邻离子吸附电极11之间相互电隔离，该离子吸附电极11在自然状态下可降解，能够降低对环境的污染。

其中，纸基薄膜材料12采用多孔纤维材料，该多孔纤维材料包括（但不限于）滤纸、打印纸或布料中的任意一种。纸基薄膜材料12在自然状态下可降解，能够降低对环境的污染，而且纸基薄膜材料12能够使溶液在重力及毛细作用下流过，其速度自动可控，不需要外部设备干预。此外，该纸基薄膜材料12本身能够作为过滤组件使用，不需要额外的除杂过程，能够作为液体的通道，不需要额外加工制作流道，且离子吸附电极11直接制备在其表面，工艺简单，液体流通量较大。

如图2所示，离子吸附电极11包括电极一111和电极二112，电极一111和电极二112为一对正负电极，电极一111和电极二112之间电隔绝。

电极一111和电极二112的一侧均呈锯齿状，但并不限于上述锯齿状，且电极一111的锯齿状和电极二112的锯齿状相对以叉指形式排布，能够提高电极间的相对面积，进而提高电极的效率。上述锯齿状包括（但不限于）：矩形锯齿状、弧形锯齿状和三角形锯齿状中的任意一种。

当m=2时，两个离子吸附电极11在纸基薄膜材料12上对称设置。

本发明还提供了该海水净化装置的制备方法，该制备方法包含：

步骤1：采用打印或丝网印刷的方式在纸基薄膜材料12表面制备离子吸附电极11，其制备的离子吸附电极11，碳含量高、成本低，通过上述方式能够得到纸基净水模块10；

步骤2：将n个纸基净水模块10依次堆叠，通过机械压实或黏性物质（如胶带）辅助的方式组装在一起。

使用本发明的基于纸基材料的海水净化装置时，可以将本发明的装置与微流控器件相结合，采用微流控操作方法可实现自动化各种操作及传感。

综上所述，本发明用于提供一种基于纸基材料的海水净化装置及其制备方法，该装置设有离子吸附电极，增加了去离子化的功能，采用纸基薄膜材料，能够去除液体中不溶性颗粒物质。该装置的制备工艺简单，制备流程简易，而且制备成本低。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于纸基材料的海水净化装置，其特征在于，该装置包含依次叠放的n层纸基净水模块(10)，n≥1，n为自然数；

所述的纸基净水模块(10)包含：

设置在底层的纸基薄膜材料(12)，以及

设置在所述的纸基薄膜材料(12)上表面的m个离子吸附电极(11)，m≥1，m为自然数；

所述的相邻离子吸附电极(11)之间相互电隔离；

所述的离子吸附电极(11)包括电极一(111)和电极二(112)，所述的电极一(111)和电极二(112)为一对正负电极，且所述的电极一(111)和电极二(112)之间电隔绝。

2.根据权利要求1所述的基于纸基材料的海水净化装置，其特征在于，所述的离子吸附电极(11)为平面电极。

3.根据权利要求2所述的基于纸基材料的海水净化装置，其特征在于，所述的电极一(111)和电极二(112)以叉指形式相对排布。

4.根据权利要求3所述的基于纸基材料的海水净化装置，其特征在于，所述的电极一(111)和电极二(112)的一侧均呈锯齿状。

5.根据权利要求4所述的基于纸基材料的海水净化装置，其特征在于，所述的锯齿状包括：矩形锯齿状、弧形锯齿状和三角形锯齿状中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的基于纸基材料的海水净化装置，其特征在于，所述的离子吸附电极(11)为多孔碳材料，所述的纸基薄膜材料(12)为多孔纤维材料。

7.根据权利要求6所述的基于纸基材料的海水净化装置，其特征在于，所述的多孔纤维材料包括滤纸、打印纸或布料中的任意一种。

8.一种根据权利要求1-7中任意一项所述的基于纸基材料的海水净化装置的制备方法，其特征在于，该制备方法包含：

步骤1：采用打印或丝网印刷的方式在所述的纸基薄膜材料(12)表面制备所述的离子吸附电极(11)，得到所述的纸基净水模块(10)；

步骤2：将步骤1得到的n个所述的纸基净水模块(10)依次堆叠，组装在一起。

9.根据权利要求8所述的基于纸基材料的海水净化装置的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的组装是通过机械压实或黏性物质辅助的方式完成。

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