[發(fā)明專利]一種選擇性雙極膜電滲析系統(tǒng)及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611236413.5
• 申請(qǐng)日: 2016-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN106630040A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐銅文;蔣晨嘯;陳秉倫;汪耀明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/469
• 分類號(hào): C02F1/469
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司34101
• 代理人: 盧敏,何梅生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種選擇性雙極膜電滲析技術(shù)，更具體的說(shuō)是一種利用一多價(jià)離子選擇性透過(guò)膜和雙極膜相結(jié)合的電滲析技術(shù)。

背景技術(shù)

電滲析是一種新型的傳質(zhì)分離技術(shù)，利用具有不同性質(zhì)的離子交換膜，可以使電滲析用于不同領(lǐng)域，如水處理、環(huán)境保護(hù)、生物制藥、工業(yè)物料的脫鹽濃縮等過(guò)程。由于待處理物料的成分各異，并且過(guò)程中對(duì)于物料的處理目標(biāo)各有不同，離子交換膜的種類可以細(xì)分為很多種，常見的離子交換膜為陰/陽(yáng)離子交換膜。陰離子交換膜一般是由荷正電高分子聚合物經(jīng)過(guò)相轉(zhuǎn)化之后制得，具有致密結(jié)構(gòu)，允許陰離子的透過(guò)而阻礙陽(yáng)離子。陽(yáng)離子交換膜一般是由荷負(fù)電的高分子聚合物經(jīng)過(guò)相轉(zhuǎn)化法制得，具有致密結(jié)構(gòu)，允許陽(yáng)離子的透過(guò)而阻礙陰離子。采用傳統(tǒng)的陰/陽(yáng)離子交換膜的電滲析過(guò)程稱為普通電滲析。具有特殊分離性質(zhì)并可以用于特種物料分離的離子交換膜一般包括一多價(jià)離子選擇性透過(guò)膜及雙極膜。一多價(jià)離子選擇性透過(guò)膜可以實(shí)現(xiàn)具有不同價(jià)態(tài)的同種離子之間的分離，其一般經(jīng)由陰/陽(yáng)離子交換膜經(jīng)過(guò)表面改性制得。如可以實(shí)現(xiàn)一價(jià)的鋰、鈉、鉀與多價(jià)的鈣、鎂、鉻等陽(yáng)離子之間分離的一多價(jià)陽(yáng)離子選擇性透過(guò)膜，是由陽(yáng)離子交換膜經(jīng)過(guò)表面涂覆荷正電功能層，利用具有不同電荷數(shù)的陽(yáng)離子之間的Donnan排斥力的不同實(shí)現(xiàn)分離，此過(guò)程一般稱為選擇性電滲析。雙極膜可以實(shí)現(xiàn)水的解離，從而用于產(chǎn)酸、產(chǎn)堿工藝。雙極膜一般經(jīng)由陽(yáng)離子交換膜與陰離子交換膜疊加，并在中間添加具有水解離能力的功能化合物而制得，因此雙極膜一般包括陰離子交換層、陽(yáng)離子交換膜以及中間層。在電場(chǎng)的推動(dòng)作用下，雙極膜的中間層發(fā)生水解離，得到氫離子和氫氧根離子，氫離子由陽(yáng)離子交換層遷移至酸室，氫氧根離子由陰離子交換層遷移至堿室，與相應(yīng)的離子結(jié)合后得到酸/堿目標(biāo)產(chǎn)物，此過(guò)程一般稱為雙極膜電滲析。

一般來(lái)講選擇性電滲析與雙極膜電滲析由普通電滲析演化而來(lái)，普通電滲析可以用于一般物料的脫鹽、濃縮過(guò)程。如專利CN104370396 B報(bào)道了一種海水淡化濃鹽水零排放方法，將海水淡化裝置副產(chǎn)的濃鹽水通入電滲析裝置繼續(xù)進(jìn)行濃縮，電滲析濃縮得到的近飽和鹽水用于后續(xù)蒸發(fā)制鹽，排出的淡鹽水可經(jīng)過(guò)處理后再次返回海水淡化裝置。專利CN105668519 A報(bào)道了一種用電滲析及膜蒸餾將稀鹽酸濃縮回用的工藝，電滲析排放出的淡液中鹽酸含量低于0.2％，處理成本更低，同時(shí)電滲析獲得的濃液經(jīng)過(guò)膜蒸餾等操作后鹽酸含量在12％以上，可以直接用于生產(chǎn)。專利CN205328675 U報(bào)道了一種太陽(yáng)能供電的電滲析水處理系統(tǒng)，使用電滲析膜堆對(duì)廢水進(jìn)行脫鹽濃縮處理。

選擇性電滲析可以用于鹽湖提鋰、濃鹽水處理、酸堿回收等過(guò)程。專利CN87102881 A報(bào)道了一種利用選擇性的陰/陽(yáng)離子交換膜由硫酸鋅的電解液中分離出氯化物、氰化物和鉈的混合物。專利WO2011130809 A2報(bào)道了一種利用選擇性電滲析由混合的溶液中分離出單價(jià)陰離子的過(guò)程，由于離子半徑和電荷數(shù)的不同，通過(guò)采用普通的陽(yáng)離子交換膜和單價(jià)選擇性的陰離子交換膜，由廢水中分理出磷酸產(chǎn)物。文獻(xiàn)(Preliminary study on recovering lithium from high Mg²⁺/Li⁺ratio brines by electrodialysis,Separation and Purification Technology,172(2017)168–177)報(bào)道了通過(guò)選擇性的雙極膜電滲析可以實(shí)現(xiàn)鎂、鋰離子的分離，從而避免了傳統(tǒng)苛化過(guò)程，簡(jiǎn)化了操作步驟，同時(shí)降低了能耗。

雙極膜電滲析過(guò)程可以用于有機(jī)酸生產(chǎn)、發(fā)酵工程、水處理等領(lǐng)域。專利CN104744280 A報(bào)道了一種利用雙極膜電滲析由肌氨酸鈉的水溶液生產(chǎn)肌氨酸的過(guò)程。專利CN104593809 A、CN101781190 B報(bào)道了一種利用雙極膜電滲析酸化工藝由檸檬酸的發(fā)酵液中生產(chǎn)提純檸檬酸的方法，很大程度上降低了過(guò)程能耗，減少了酸堿引入。專利CN102167293 A報(bào)道了一種利用雙極膜電滲析方法，由硫酸鈉廢水中生產(chǎn)氫氧化鈉和硫酸的方法，實(shí)現(xiàn)資源再利用。專利CN103882468 A報(bào)道了一種利用電解雙極膜電滲析由鹽湖鹵水生產(chǎn)氫氧化鋰的過(guò)程，經(jīng)過(guò)苛化法除去鈣、鎂離子后，通過(guò)普通電滲析將鹵水濃縮，得到鋰富集鹵水。