專利名稱：同步交變電磁場(chǎng)式液體離子泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種將液體電解質(zhì)溶液的溶劑溶質(zhì)分離方法。
背景技術(shù)：
電解質(zhì)溶液的溶劑溶質(zhì)分離在許多領(lǐng)域中都需要，如海水淡化、污水處理、化工溶液濃縮等等。
目前的方法主要有蒸餾、離子交換、反滲透等等。蒸餾需要使用大量的能源，不適應(yīng)目前能源緊張的局面；離子交換常用于水的軟化，重金屬離子的去除，但是它的本質(zhì)是使用一些無(wú)害的離子去取代一些有害的離子，而不能去除所有的離子，也需要不斷的使用化學(xué)藥劑；反滲透是一種新的有效的去離子方法，其基本原理是通過膜過濾，但是對(duì)于一些小尺寸的無(wú)機(jī)物離子，對(duì)膜的要求很高，而且膜的耗損也很快。大部分的物質(zhì)溶于水并電離出離子的過程并不吸收或放出熱量，因此理論上看把它們從溶劑中分離出來只需要少量的能量去克服熵變，而并不需要消耗大量的能量。本發(fā)明采用電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)溶液中的離子達(dá)到分離溶劑溶質(zhì)的目的。發(fā)明內(nèi)容提出了一種新的分離電解質(zhì)溶液中溶劑和溶質(zhì)的方法。電解質(zhì)溶于水后一般都會(huì)電離產(chǎn)生正負(fù)離子，離子有可能與水結(jié)合產(chǎn)生水合離子，但總的來說離子是可以自由移動(dòng)的。由于正負(fù)離子的分布基本保持均勻，所以溶液保持電中性。當(dāng)有外界電場(chǎng)施加極性分子的水溶液上時(shí)，首先是水分子產(chǎn)生取向極化從而抵消一部分電場(chǎng)強(qiáng)度；然后溶液中的正負(fù)離子朝相反的方向移動(dòng)一個(gè)微小的距離，這樣離子的電荷重心不再重合，這種位移極化也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)以抵消一部分電場(chǎng)。極化完成后系統(tǒng)又會(huì)恢復(fù)平衡狀態(tài)。當(dāng)施加到溶液上的電場(chǎng)是一個(gè)交變的電場(chǎng)時(shí)，溶液中的離子會(huì)隨著電場(chǎng)不停的作往復(fù)振動(dòng)。在給溶液施加電場(chǎng)的同時(shí)還在垂直電場(chǎng)的方向上施加一個(gè)與電場(chǎng)同頻的交變磁場(chǎng)。當(dāng)離子的運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)，磁場(chǎng)的方向也改變，這樣離子受到的洛倫茲力始終是朝著一個(gè)方向的。離子在這個(gè)力的作用下慢慢朝向溶液的一邊運(yùn)動(dòng)聚集，直到這種運(yùn)動(dòng)與離子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡為止。最終實(shí)現(xiàn)了溶液中電解質(zhì)的濃度一邊高一邊低，達(dá)到濃縮的效果。
對(duì)于水分子而言，在電場(chǎng)中的極化主要是取向極化，而離子的極化主要是位移極化，由于取向極化的時(shí)間非常短，而位移極化的時(shí)間相比長(zhǎng)得多。所以施加一個(gè)交變電磁場(chǎng)讓離子共振時(shí)不會(huì)引起水分子共振，從而避免了把大量能量傳遞給水。整個(gè)裝置工作時(shí)只有極少量能量傳遞給水，沒有耗材損失，是一種高效的分離方法。
已有的專利文獻(xiàn)中有許多嘗試使用電場(chǎng)或磁場(chǎng)或二者的組合來淡化海水的方法，但是他們都聲稱要把陰陽(yáng)離子靠電場(chǎng)力或洛倫茲力分離并聚集從而達(dá)到淡化水的目的。但是阿伏加德羅常數(shù)太大，哪怕是想將ppm濃度級(jí)的陰陽(yáng)離子分開，需要的電場(chǎng)強(qiáng)度或洛倫茲力也都遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到，而且這樣的電場(chǎng)強(qiáng)度下水溶液也早已被擊穿。


圖1為離子泵的構(gòu)成原理示意圖；圖2為離子泵的螺旋腔體圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合各附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1為離子泵的構(gòu)成原理示意圖，1為電極板，2為盛裝有溶液的腔體，3為電磁鐵。如圖中所示，給電極板通電，當(dāng)上電極板為正極，下電極板為負(fù)極時(shí)，受電場(chǎng)力的作用溶液中的陽(yáng)離子會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，陰離子向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)如果磁場(chǎng)方向向左，根據(jù)左手定則，正負(fù)離子都會(huì)受到一個(gè)垂直紙面向內(nèi)的洛倫茲力。同樣改變電場(chǎng)的方向，當(dāng)上電極板為負(fù)極，下電極板為正極時(shí)，離子運(yùn)動(dòng)方向會(huì)反向，此時(shí)如果將磁場(chǎng)方向也反向，根據(jù)左手定則，正負(fù)離子同樣會(huì)受到一個(gè)垂直紙面向內(nèi)的洛倫茲力。這樣不斷改變電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向，正負(fù)離子振蕩往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)不斷的向垂直紙面向內(nèi)的方向運(yùn)動(dòng)。雖然離子的運(yùn)動(dòng)振幅很小，但是如果振動(dòng)的頻率很快，多次受到同一方向的洛倫茲力的作用，其效果累加在一起會(huì)使離子不斷的向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。如果外加電場(chǎng)的變化頻率等于離子的共振頻率，離子往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振幅將達(dá)到最大值，運(yùn)動(dòng)中受到的洛倫茲力也為為最大，這樣可以使離子以最快的速度向一端聚集。
為了使腔體兩端溶液離子濃度差達(dá)到較大的值，將盛裝溶液的腔體做成較長(zhǎng)的螺旋型。如圖2所示21為腔體外壁電極，22為軟磁體外部的扁平導(dǎo)電膜，23為絕緣腔體，24為腔體內(nèi)壁電極，25為軟磁體。電場(chǎng)加在內(nèi)外壁兩個(gè)電極上，離子將沿著螺旋腔體的半徑方向作振動(dòng)。軟磁體起到增加磁場(chǎng)強(qiáng)度并約束磁力線的作用，讓磁力線盡量多的穿過腔體。軟磁體外部的扁平導(dǎo)電膜通以交變電流，使軟磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線沿著螺旋腔體的軸向穿過腔體，因此離子受到的洛倫茲力將沿著螺旋腔體的螺旋方向。待分離的原溶液從中間導(dǎo)入腔體，濃溶液和稀溶液從兩端流出。同時(shí)為了形成一個(gè)閉合的磁路以減少磁場(chǎng)的泄漏可以將螺旋型的腔體彎曲成為首尾相接的輪胎狀。
由于整個(gè)電磁鐵的自感系數(shù)較大，所以其產(chǎn)生的磁場(chǎng)較難以突變。因此首先找到所需分離溶液中離子的共振頻率，然后以大功率MOS管作為開關(guān)，以離子共振頻率為開關(guān)頻率，將直流電斬成方波通到電磁鐵上，同時(shí)在電磁鐵兩端并聯(lián)一個(gè)電容以調(diào)整功率因數(shù)，獲得更強(qiáng)的交變磁場(chǎng)。相對(duì)磁場(chǎng)來說電場(chǎng)的改變?nèi)菀椎枚?，因?yàn)檠b置的等效電容較小。所以采用電場(chǎng)跟隨磁場(chǎng)的方法，在電磁鐵上串聯(lián)一個(gè)很小的電阻，用比較器比較電阻兩端的電壓即可判斷電流的方向，由此決定電場(chǎng)的方向，從而達(dá)到電場(chǎng)和磁場(chǎng)的同步。
權(quán)利要求
1.一種將電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑分離的方法在裝有電解質(zhì)溶液的腔體外同時(shí)施加電場(chǎng)和磁場(chǎng)，讓離子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的共同作用下作定向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)朝一個(gè)方向聚集濃縮。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種將電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑分離的方法，其特征還在于施加的電場(chǎng)和磁場(chǎng)為交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種將電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑分離的方法，其特征還在于施加的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向呈90度角。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種將電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑分離的方法，其特征還在于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振蕩頻率相同，為溶液中離子作遷移運(yùn)動(dòng)的共振頻率。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種將電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)和溶劑分離的方法，其特征還在于用于分離溶質(zhì)溶劑的分離腔采用螺旋式結(jié)構(gòu)，以增加腔的長(zhǎng)度，提高腔體兩端溶液的濃度差。
6.按照權(quán)利要求5所述的用于分離溶質(zhì)溶劑的螺旋式結(jié)構(gòu)分離腔，其特征還在于在用于分離溶質(zhì)溶劑的腔體外增加軟磁體，以提高磁場(chǎng)強(qiáng)度，并可使磁力線盡量多的穿過腔體。
全文摘要
本發(fā)明為一種將電解質(zhì)溶液的溶劑和溶質(zhì)分離方法。在裝有電解質(zhì)溶液的容器外分別施加正交且交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，溶液中的正負(fù)離子會(huì)在電場(chǎng)的作用下作往復(fù)振蕩運(yùn)動(dòng)，同時(shí)離子在運(yùn)動(dòng)過程中還受到了洛倫茲力的作用。調(diào)節(jié)電磁場(chǎng)的變化頻率和相位可以讓離子隨電場(chǎng)共振運(yùn)動(dòng)，且每次運(yùn)動(dòng)中受到的洛倫茲力方向相同，從而使正負(fù)離子向一個(gè)方向聚集，產(chǎn)生濃度差，實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)溶液的溶劑和溶質(zhì)分離。本發(fā)明可用于海水淡化，含重金屬離子的污水處理，等各種需要將電解質(zhì)溶液中的溶劑和溶質(zhì)分離的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01D17/06GK1903407SQ20061010105
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者鐘茗 申請(qǐng)人:鐘茗