[發明專利]一種用于消除滲透能發電過程中濃差極化的方法

有效

• 申請號: 201310120103.7
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN103362763B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 劉必前;任曉靈;楊海軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所;劉必前
• 主分類號: F03G7/00
• 分類號: F03G7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種消除滲透能發電過程中濃差極化的方法。

背景技術

膜分離技術是一種高效的分離、濃縮、提純及凈化技術，近年來發展迅速，已經廣泛應用于化工、生物、醫藥、食品、環保等領域。與蒸餾、結晶以及吸附等常規分離方法相比，膜分離技術具有能耗低、過程簡單、環境友好等優點，被列為21世紀重點發展的高新技術之一。目前膜分離技術包括微濾、超濾、納濾、反滲透、正滲透、電滲析、氣體分離等膜過程，其中正滲透膜過程是指水或其它溶劑透過天然或人造的半透膜，由低溶質濃度側傳遞到高溶質濃度側的過程。正滲透是自然界中廣泛存在的一種物理現象，應用于海水淡化的正滲透膜過程具有能耗低和抗污染等特點，近幾年正滲透膜技術在國內外受到越來越多的關注和重視，相關的研究和應用快速發展。

隨著全球工業化的發展，能源與環境問題加劇，可持續發展的綠色能源受到廣泛關注，滲透能是其中的一種。1954年，R.E.Pattle在nature雜志中提出了鹽度差能源，也稱為滲透能；據統計，全球的滲透能大約1655TWh/年。目前能夠將滲透能提取出來的技術主要有兩種：利用滲透原理的減壓滲透和基于透析原理的反電滲析，歐洲及美國正在對減壓滲透發電進行深入的研究。滲透壓發電是根據大自然不斷尋求平衡的法則，利用液體的不同濃度來產生電力，是繼風力、太陽能發電之后又一新型的環保發電技術，且不受天氣的影響。減壓滲透發電原理為：當海水和淡水分別流過半透膜的兩側時，淡水就會在滲透壓的作用下透過半透膜進入海水側，并使得海水側壓力升高，通過能量轉換裝置可以將大量的混合自由能轉變為電能。

在滲透能發電過程中，影響正滲透膜過程的因素眾多，其中濃差極化對以壓力差為推動力的膜過程影響極大：①由于膜表面滲透壓的升高將導致溶劑通量下降；②溶質通過膜的通量上升；③若溶質在膜表面的濃度超過其溶解度可形成沉淀并堵塞膜孔和減少溶劑的通量；④出現膜污染，導致膜分離性能的改變；嚴重時，膜透水性能大幅度下降，甚至完全消失。

正滲透膜的濃差極化分為內濃差極化和外濃差極化兩種，其中外濃差極化可通過提高膜表面流體的湍流強度來降低。內濃差極化的消除目前有三種方法：①采用致密膜，但是考慮到工業應用中膜的機械強度，難度很大；②提高溶質的擴散系數，通過提高溫度或是選擇本身擴散系數比較高的溶質來實現；③改進膜結構，制備更薄的膜或是增大支撐層的孔隙率。

本專利旨在提供一種用于消除滲透能發電過程中濃差極化的方法，以改善膜組件性能，提高發電效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于消除滲透能發電過程中濃差極化的方法，從而降低膜污染，改善膜性能，提高發電效率。

本發明的技術方案是采用微濾膜(4)和正滲透膜(5)并聯方法，選用中空纖維微濾膜作為中心膜，在其四周配置若干根中空纖維正滲透膜；將海水注入中空纖維微濾膜管程，在壓差作用下，海水透過微濾膜在其表面均勻涌出；同時中空纖維正滲透膜管程中注入淡水，與殼程中的海水形成滲透壓，淡水在滲透壓的作用下透過正滲透膜進入殼程，進而得到高壓稀釋海水，從膜組件殼程中流出并用于發電。

本發明的消除濃差極化方法，其特征在于采用了中空纖維微濾膜和中空纖維正滲透膜并聯的方法。

所述的中空纖維微濾膜每一根周圍均配置6根以上中空纖維正滲透膜，且緊密排列。

所述的中空纖維微濾膜的管程為海水。

所述的中空纖維正滲透膜的管程為淡水。

所述的膜組件殼程中流出的是高壓稀釋海水。

本發明的特點在于微濾膜與正滲透膜緊密排列，透過微濾膜的海水迅速與正滲透膜接觸，正滲透膜管程中淡水即在滲透壓作用下進入殼程，膜過程基本不存在海水流動方向上的濃差極化。

附圖說明

圖1消除正滲透膜過程中濃差極化的裝置圖。

圖2為裝置圖1的橫截面示意圖。

圖中：1-海水進料口、2-淡水進料口、3-高壓稀釋海水出料口、4-中空纖維微濾膜、5-中空纖維正滲透膜、6-膜殼管。箭頭方向為液體流動方向。

具體實施方式

下面以實施例具體說明與本發明有關的實施方案，并與比較例的實驗結果進行比較。實施例僅是用來說明本發明的實施方案的有限例子，并不限制本發明的范圍。本發明的全部范圍體現在前面的各項權利要求中。

實施例1