[發明專利]用于在高回收率脫鹽系統中防結垢的離子螯合

有效

• 申請號: 201480006790.2
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN104968616B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 普拉卡什·戈文丹;溫莎·松;史蒂文·萊姆;馬克西姆斯·圣約翰;約翰·林哈德;穆罕默德·米爾西;安紐拉·巴杰佩伊
• 申請（專利權）人: 麻省理工學院
• 主分類號: C02F9/00
• 分類號: C02F9/00;B01D61/04;C02F1/04;C02F1/44;C02F1/68;C02F5/12;C09K8/528;C02F101/10;C02F103/08;C02F103/10
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 牟靜芳;鄭霞

可以從一種水性組合物(22)中沉淀以便產生結垢的陽離子通過將多齒配體(24)添加至該水性組合物(22)中螯合。該多齒配體與該陽離子結合以便形成一種不結垢離子絡合物；并且在一個從該水性組合物中生產基本純凈的水(32)的工藝(28)中使用具有該離子絡合物的水溶液(26)，在該工藝中在不存在該離子絡合物形成的情況下該陽離子經受結垢。然后降低該水性組合物(或包含該水性組合物的組分的鹽水)的pH(36)以便從該多齒配體(42)中釋放該陽離子(40)；并且在釋放該陽離子之后然后在一個主要是閉合環路中再使用該多齒配體(42)。

背景

在本世紀，淡水的短缺將超過作為人類全球關注的能量的短缺；并且這兩個挑戰有著密不可分的聯系，例如，正如2010年5月20日一期的《經濟學家》(The Economist)中“關于水的特別報道(Special Report on Water)”中所解釋的。淡水是人和其他生物體的最基本的需求之一；每個人每天需要消耗最少約兩升。全世界還面臨來自農業和工業過程的更大的淡水需求。

供水不足造成的危害是極其緊迫的。淡水的短缺可能導致多種危機，包括饑荒、疾病、死亡、被迫大規模遷移、跨地區沖突/戰爭以及崩潰的生態系統。盡管有對淡水需求的緊急程度和短缺的深遠影響，淡水供應仍受到格外限制。地球上97.5％的水是咸水，并且其余部分中有約70％作為冰凍結(主要在冰蓋和冰川中)，使得只剩下地球上所有水中的一小部分呈可供使用的淡(非咸)水形式。

此外，地球上作為淡水并可供使用的水是不均勻分布的。例如，人口眾多的國家，如印度和中國，有很多受稀缺供應源影響的地區。再進一步，淡水供應往往季節性地不一致。同時，對淡水的需求在全球范圍內逐漸緊張。水庫干涸；蓄水層下降；河流枯竭；并且冰川和冰蓋收縮。不斷增長的人口使需求增加，正如在農業中的轉變和增長的工業化所造成的。氣候變化在許多地區造成甚至更大的威脅。因此，面臨水短缺的人數越來越多。然而，天然存在的淡水典型地被局限于區域性流域；并且水運輸是昂貴并且能量密集的。

此外，可以有利地從污染的廢物流(例如，來自油氣生產)提取水以便同時生產淡水和濃縮并且減少這些廢物流的體積，由此減少污染和污染物并且減少成本。

然而，用于從海水(或從半咸水或污染的廢物流)生產淡水的許多現有方法需要大量的能量。反滲透(RO)是目前領先的脫鹽技術。在大型工廠中，與理論最小值約1kWh/m³相比，在30％回收率下所要求的比電量(specific electricity)可以低到4kWh/m³；規模更小的RO系統(例如，船載的)效率更低。

其他現有的海水脫鹽系統包括基于熱能的多級閃蒸(MSF)蒸餾和多效蒸餾(MED)，兩者均是能量和資本密集型方法。然而，在MSF和MED系統中，最高鹽水溫度和熱量輸入的最高溫度受到限制以便避免硫酸鈣、氫氧化鎂以及碳酸鈣沉淀，該沉淀會導致在傳熱設備上形成軟垢和硬垢。

增濕-除濕(HDH)脫鹽系統包括一個增濕器和一個除濕器作為其主要部件并且使用一種載氣(例如空氣)在熱源與鹽水之間傳送能量。這種技術的一種簡單型式包括一個增濕器、一個除濕器及一個用于加熱海水流的加熱器。在增濕器中，熱海水與干燥空氣直接接觸，并且該空氣被加熱并增濕。在除濕器中，使加熱并增濕的空氣與冷海水(間接)接觸并且得到除濕，從而產生純水和除濕的空氣。就MSF和MED系統來說，如果溫度上升太高結垢組分的沉淀伴隨后續損壞在該系統內可能發生。

在美國專利號8,119,007B2(A.Bajpayee等人)中描述的另一種方法使用定向溶劑，該定向溶劑定向地溶解水但是不溶解鹽。加熱這種定向溶劑以將來自鹽溶液中的水溶解于該定向溶劑中。將剩余的高度濃縮的鹽水去除，并且將定向溶劑和水的溶液冷卻以使基本純凈的水從該溶液中沉淀出來。