專利名稱：電場固定離子分離方法
技術領域：
本發明電場固定離子分離方法涉及的是一種采用電場固定離子的方法，來淡化與濃縮溶液，以及分離水生成氫氣和氧氣等的工藝方法。
背景技術：
目前國內外比較成熟的海水淡化技術有1、反滲透膜法海水淡化技；2、低溫多效蒸餾海水淡化技術；3、壓汽蒸餾海水淡化技術；4、多級閃蒸海水淡化技術；5、電滲析法；6、冷凍法等。不過目前的海水淡化因存在成本高、規模小以及能耗高等問題而受到限制。
目前國內外在分離水生產氫氣和氧氣方面比較有推敲意義的技術有1、電解氫氧化鈉溶液；2、核能裂解水技術；3、光分解水技術等技術。這些技術存在著高能耗，高成本，低產能且生成速度慢等問題。
發明內容
本發明目的是針對上述不足之處提供一種電場固定離子分離方法，利用電場中的正負電荷會向某個場極聚集的原理，把溶液中的離子聚集在某個特定的空域，從而便于對溶解介質和溶解質進行分離或提純。本技術實用于海水淡化中的脫鹽和分解水生產氫氣和氧氣等領域。
電場固定離子分離方法是采取以下方案實現的溶液中的離子在電場的作用下會向場源聚集，把能電解出正負離子的溶液(如海水等)置于一個容器壁絕緣性很強的容器(如方形的玻璃容器)內，然后，把能夠產生均勻電場的兩個極板，對稱地貼在容器的兩個外壁上。然后，給兩個極板加上1KV～10KV的直流電壓，使容器內產生均勻電場。加直流電壓1～5分鐘后，容器中間部位的溶液的正負離子分別被吸引到兩個極板附近，從而使容器中間區域的溶解質離子的濃度降低，而正極板附近陰離子和負極板附近陽離子的濃度升高；此時，取兩塊能與容器內壁密切吻合的隔板，把中間離子濃度較低的溶液即淡化的溶液和極板附近離子濃度較高的溶液分隔開，這樣分隔后的三部分溶液不能互相流通，取出中間已淡化的溶液；完成上述操作后，在撤消電場之前，拔掉上述的兩塊隔板，使容器內的溶液能互相流通。接著，再斷開電源，撤消電場，這時候，容器內的正負離子又恢復了雜亂無章的分布。只是因溶解介質的減少，而溶解質的量未曾改變，因此，最后的溶液濃度變得比以前增高很多即實現了對這部分溶液的濃縮。同樣，因為水自身也能電離出正負離子，把水置于上述容器中，以同樣的方式加上10KV～100KV的直流電壓，帶正電荷的氫離子會向負極板附近聚集，帶負電荷的氫氧根離子會向正極板附近聚集，這時，在容器的中間用一塊與容器密切吻合的金屬隔板把含正負離子的溶液隔開，接著，斷開電源撤消電場。由于，電荷自身能產生電場，在這種自身產生的電場的作用下，正的氫離子和負的氫氧根離子會向容器中間的金屬隔板聚集，當它們接觸到金屬隔板時，就會通過隔板放電，帶正電的氫離子放電后會生成氫氣，而帶負電的氫氧根離子放電后會生成氧氣和雙氧水，氫氣、氧氣分別收集。
電解出正負離子的溶液選用海水。容器壁絕緣性很強的容器選用方形的玻璃容器。
本發明工藝簡潔，所需設備投資少，易于實現規模化和產量化，生產單位產品的成本低廉；沒有有害的附加產品產生，安全環保；因為不存在著熱能和機械能的轉換與損耗，本發明更具節能優點。
圖1是電場固定離子分離方法的海水淡化工序第一步示意圖。
圖2是電場固定離子分離方法的海水淡化工序第二步示意圖。
圖3是電場固定離子分離方法的海水淡化工序第三步示意圖。
圖4是電場固定離子分離方法的海水淡化工序第四步示意圖。
圖5是電場固定離子分離方法的海水淡化工序第五步示意圖1。
圖6是電場固定離子分離方法的海水淡化工序第五步示意圖2。
圖7是電場固定離子分離方法的分解水工序第一步示意圖。
圖8是電場固定離子分離方法的分解水工序第二步示意圖。
圖9是電場固定離子分離方法的分解水工序第三步示意圖。
圖10是電場固定離子分離方法的分解水工序第四步示意圖。
圖11是電場固定離子分離方法的分解水工序第五步示意圖。
圖12是電場固定離子分離方法的分解水工序第六步示意圖。
具體實施例方式
實施例1、在液體的提純與濃縮方面的應用，如海水淡化中的脫鹽技術等。下面以分離氯化鈉(NaCl)溶液為例，做海水淡化演示第一步如附圖1所示假設此時的氯化鈉(NaCl)溶液儲存容器1里，氯化鈉(NaCl)溶液(鹽水)2濃度是10％，在沒有加電場時，通過進液管3向容器7里注入氯化鈉(NaCl)溶液2。這時溶液2里的Cl-和Na+離子是隨機分布的。即，Cl-和Na+離子在容器中的出現幾率是相同的。
第二步如附圖2所示，兩塊絕緣隔板5是提起的，這時，三個區域的溶液2是可以互相流通的；現在在極板4、6上加上1KV的直流電壓，使溶液2中產生一個10KN/C的電場，溶液里的Cl-和Na+離子，在電場的作用下，分別會向正極極板6、負極極板4附近聚集。這樣在電極4、6附近的離子濃度會變大，而容器7的中間位置的離子濃度就會變小。從而出現了不同離子在不同空間的固定分布。
第三步如附圖3所示，投入隔板5，此時容器7內的液體，就被分割成不同的三個區域A、B、C了；它們之間是不能互相流動的。
第四步如附圖4所示，在沒有撤消電場和保持隔板密封隔離的情況下，通過出口閥8把中間區域即B區域的液體放出，這部分液體就是濃度較小的溶液即淡化所得到的淡水，初步實驗顯示，該溶液的濃度已減小到0.3％左右。這樣，我們就實現了淡化NaCl溶液的目的或者說我們實現了海水的淡化。
第五步如附圖5和附圖6所示，先拆去隔板5，然后撤消電場，如附圖5。容器7內的溶液2總量減少，而溶解質NaCl的總量幾乎沒有減少，這樣，溶液的濃度比以前大了很多(初步實驗結果顯示，其濃度達到37％)。這樣，我們就濃縮了氯化鈉(NaCl)溶液或者濃縮了海水，如附圖6所示。
總之，重復第一步至第五步，就可以進行海水的脫鹽。從而得到，淡水和更高濃度的海水。
電場固定離子分離技術，應用在海水淡化技術上，能從根本上解決了現有技術所存在的所有問題各種設備無須進口，且造價低廉；用此技術淡化海水的成本，比目前最低淡化技術成本要低得多；投資同樣規模的生產廠房等，所需投資不會超過現有技術的十分之一；因為此技術在海水淡化時沒有熱能和機械能的損耗，所以，其能耗與現有技術相比，也是很小的。更重要的是，如果投資足夠，本技術能實現淡化海水對廣大地區供水的能力。
實施例2、在電化學方面的應用，如分解水，生產氫氣和氧氣的應用。
第一步因為水自身也可以電離成H+和HO-這兩種離子，如附圖7所示在容器10內盛裝有水。
第二步在容器10的外面施加直流(最好是靜電)高壓電，使容器10內部產生強電場。如附圖8所示合上K2，容器10內水中的H+離子和HO-離子同樣會向兩個極板12、13的附近聚集。
第三步如附圖9所示，在強電場沒有取消的情況下，用密封隔板11把分布H+離子和HO-離子的溶液隔離開。
第四步如附圖10所示斷開K1，K2，取消外加電場。這樣，帶電的H+和HO-離子在自身產生的電場力的作用下，向隔板11附近聚集。
第五步在附圖10的基礎上合上K1。這時，如附圖11，會出現放電現象。
第六步當隔板11兩邊電荷中和后，達到平衡時，隔板11兩邊的溶液中分別會產生氫氣(H2)和氧氣(O2)，分別通過氣體出口14、15收集，如附圖12所示。
這樣，分離純凈水生產氫氣和氧氣的過程就完成了。
電場固定離子分離技術，應用在分離水生產氫氣和氧氣的技術上，能從根本上解決了現有技術所存在的所有問題各種設備無須進口，且造價低廉；用此技術生產氫氣和氧氣的成本低廉；因為此技術在生產時沒有機械能的損耗，所以，節能性能是最好的。最重要的是，本方法提供了一種更科學的新興能源的生產工藝，在一定程度上可以緩解我國甚至世界的燃油危機。
權利要求
1.一種電場固定離子分離方法，其特征在于溶液中的離子在電場的作用下會向場源聚集，把能電解出正負離子的溶液，置于一個容器壁絕緣性很強的容器內，然后把能夠產生均勻電場的兩個極板，對稱地貼在容器的兩個外壁上，給兩個極板加上1KV～10KV的直流電壓，使容器內產生均勻電場，加直流電壓1～5分鐘后，容器中間部位的溶液的正負離子分別被吸引到兩個極板附近，從而使容器中間區域的溶解質離子的濃度降低，而正極板附近陰離子和負極板附近陽離子的濃度升高；此時，取兩塊能與容器內壁密切吻合的隔板，容器中離子濃度較低的溶液即淡化的溶液和極板附近離子濃度較高的溶液分隔開，這樣分隔后的三部分溶液不能互相流通，取出中間已淡化的溶液；完成上述操作后，在撤消電場之前，拔掉上述的兩塊隔板，使容器內的溶液能互相流通；接著，再斷開電源，撤消電場，這時候，容器內的正負離子又恢復了雜亂無章的分布，只是因溶解介質的減少，而溶解質的量未曾改變，因此，最后的溶液濃度變得比以前增高即實現了對這部分溶液的濃縮；同樣，因為水能電離出正負離子，把水置于上述容器中，以同樣的方式加上10KV～100KV的直流電壓，帶正電荷的氫離子會向負極板附近聚集，帶負電荷的氫氧根離子會向正極板附近聚集，這時，在容器的中間用一塊與容器密切吻合的金屬隔板把含正負離子的溶液隔開，接著，斷開電源撤消電場；由于，電荷自身能產生電場，在這種自身產生的電場的作用下，正的氫離子和負的氫氧根離子會向容器中間的金屬隔板聚集，當它們接觸到金屬隔板時，就會通過隔板放電，帶正電的氫離子放電后會生成氫氣，而帶負電的氫氧根離子放電后會生成氧氣和雙氧水，氫氣、氧氣分別收集。
2.根據權利要求1所述的電場固定離子分離方法，其特征在于電解出正負離子的溶液選用海水。
3.根據權利要求1所述的電場固定離子分離方法，其特征在于容器壁絕緣性很強的容器選用方形的玻璃容器。
全文摘要
本發明電場固定離子分離方法涉及的是一種采用電場固定離子的方法，來淡化與濃縮溶液，分離水生成氫氣和氧氣工藝方法。其方法在于溶液中的離子在電場的作用下會向場源聚集，把能電解出正負離子的溶液，置于容器內，然后把兩個極板，貼在容器的兩個外壁上，給兩個極板加上直流電壓，使容器內產生均勻電場，容器中間部位的溶液的正負離子分別被吸引到兩個極板附近，容器中間區域的溶解質離子的濃度降低，而極板附近離子都升高；取隔板，將溶液分隔開，取出中間已淡化的溶液；拔掉隔板，再斷開電源，撤消電場，實現了對這部分溶液的濃縮；同樣，因為水能電離出正負離子，把水置于上述容器中，以同樣方式加上直流電壓，電離出氫氣、氧氣，分別收集。
文檔編號B01D57/00GK1745884SQ20051004152
公開日2006年3月15日 申請日期2005年8月18日 優先權日2005年8月18日
發明者黃開元 申請人:黃開元