[發明專利]一種半透雙極膜電滲析分離氘的方法

有效

• 申請號: 201810730831.2
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108905627B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 王梁;劉利利;王浩格;史向宇;王麗;張旭彤;史建宇;張毓桐
• 申請（專利權）人: 王梁
• 主分類號: B01D61/44
• 分類號: B01D61/44;C01B5/02
• 代理公司: 北京瑞盛銘杰知識產權代理事務所(普通合伙) 11617
• 代理人: 郭曉迪

本發明公開了一種半透雙極膜電滲析分離氘的方法，利用水中氘(D)的相比于氫(H)不易電離的天然特性，通過半透雙極膜的單向透水性和離子選擇透過性，應用電滲析原理，在電場的作用下，對水中的氘(D)進行分離與濃縮，同時備制可以飲用的低氘水。與現有技術相比，本發明可以以更低的能耗，更加廉價的設備，更加綠色環保方式對水中氘(D)進行分離與濃縮，并且同時生產出純凈的低氘水。

技術領域

本發明涉及應用雙極膜電滲析分離氘的技術領域，具體為一種半透雙極膜電滲析分離氘的方法。

背景技術

自然界中氫元素(H)的同位素氘(D)以約150ppm(百萬分之一)的濃度廣泛分布于水中，即以重水(分子式HDO或D₂O)的形態存在于自然界的水中。氘(D)是核工業中重要的原材料，同時將水中的重水分離后產生的低氘水(氘(D)含量低于145ppm)是更加理想的飲用水，所以氘的濃縮和低氘水的備制有很高的實際價值。

目前對水中氘(D)分離與低氘水的備制主要通過以下三種途徑實現：1)電解水法；2)真空反復蒸餾法；3)化學置換法。其中第一種方法分離效果最好，但是能耗極高，而且設備費用很高；第二種方法除了能耗高之外，氘(D)分離效果不是很好；第三種方法會對分離后的水和環境造成污染，不能飲用，后期處理復雜。

申請號為CN201710341585.7的發明專利公開了一種制備多種濃度低氘水的精餾工藝系統，包括氮氣供氣系統、原料水供應系統、第一水精餾系統、第一氘水收集系統、第一換熱系統、第一監測控制系統、第二水精餾系統、第二氘水收集系統、第二換熱系統、第二監測控制系統、第三水精餾系統、第三氘水收集系統、第三換熱系統、第三監測控制系統。本發明還提供了該精餾工藝系統的實現方法。該發明邏輯嚴謹、設計完備，可提高氫氘分離效率，并提供滿足不同需求的濃度的低氘水。但其結構相對復雜，設備成本及能耗高，無法通過簡單操作實現。

所以目前需要一種可以簡單操作，且造價低、環保性及生產效率高的分離氘的方法。

發明內容

本申請的目的在于提供一種半透雙極膜電滲析分離氘的方法，以解決上述背景技術中提出的問題。該方法操作簡單，效率高，所需設備造價低、能耗低，并且以綠色環保的方式對水中氘(D)進行分離與濃縮，同時生產出純凈的低氘水。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種半透雙極膜電滲析分離氘的方法，包括以下步驟：

步驟S1：通過透水率不同的陰、陽離子膜由右至左復合成型制作陰極半透雙極膜和陽極半透雙極膜；

步驟S2：將上述陽極半透雙極膜與陰極半透雙極膜在電滲析器腔體內交替排列，形成由設置于兩端的陰極極液腔、陽極極液腔及設置于其間交替排列的若干低氘水腔與重水腔組成的電滲析器，其中重水腔兩側均連接有低氘水腔，其與左側低氘水腔通過陰極半透雙極膜連接，與右側的低氘水腔通過陽極半透雙極膜連接，左端低氘水腔的左側與陰極極液腔通過陽極半透雙極膜連接，右端低氘水腔的右側與陽極極液腔通過陰極半透雙極膜連接，陰極極液腔左側安裝電陰極板，陽極極液腔右側安裝電陽極板；

步驟S3：從各腔體底部進水口通入普通水，使各腔體內形成水環境，并在兩電極板之間施加一定電壓，并使重水腔水壓高于低氘水腔一定值，則重水腔中的水將不斷滲入兩側的陰、陽極半透雙極膜并水解為H⁺和OH^-離子，并各自通過陰、陽半透雙極膜進入左右兩側的低氘水腔重新組成無氘水并從其頂部出水口排出，而水中的重水(D₂O)和半重水(HDO)最終從重水腔頂部出水口被排出。

進一步地，所述陰極半透雙極膜制作過程中采用對陰離子膜打孔的方式或者選用親水高分子材料以提高其陰離子膜的透水性，并與普通的陽離子膜復合成型制作出陰極半透雙極膜，對應的，所述陽極半透雙極膜制作過程中采用對陽離子膜打孔的方式或者選用親水高分子材料以提高陽離子膜的透水性，并與普通的陰離子膜復合成型制作出陽極半透雙極膜。