[發明專利]一種高鉀選擇性離子交換膜電極、其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202010072026.2
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111233109B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 胡承志;周奕;曲久輝;孫境求;戚菁
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;C02F1/469;B01D61/46;C02F103/20;C02F103/32
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種高鉀選擇性離子交換膜電極、其制備方法和用途。一方面，本發明提供了一種高鉀選擇性離子交換膜電極，其具有優異的電子導電性和離子導電性，可實現對鉀離子的選擇性分離，所述高鉀選擇性離子交換膜電極可重復利用，具有一定的抗無機結垢污染的能力；另一方面，本發明提供了一種晶體管電滲析裝置，包括所述的高鉀選擇性離子交換膜電極，在電極電位的作用下，惰性電極與高鉀選擇性離子交換膜電極之間形成電場，促進離子的遷移，在高鉀選擇性離子交換膜中進行鉀離子的嵌入和脫出過程，實現鉀離子的連續選擇性回收。本發明所述的離子交換膜和晶體管電滲析裝置彌補了電滲析技術鉀鈉分離效果差的不足，可實現對鉀離子的選擇性分離。

技術領域

本發明屬于廢水資源化利用領域，具體涉及一種高鉀選擇性離子交換膜電極、其制備方法和用途。

背景技術

鉀在我國工農業生產中發揮著舉足輕重的作用。鉀肥可以改善作物的品質，提高糧食產量，滿足人口增長的需求，而氫氧化鉀，碳酸鉀和高錳酸鉀等是重要的化工原料，在我國國民經濟中發揮重要作用。但目前我國鉀源資源短缺，80％需要進口。因此，開發新的鉀源提取技術對我國工農業發展，尤其是農業發展至關重要。

廢水資源化是全球范圍發展的趨勢，也是我國迫切需要解決的廢水處理新方向。養豬場廢水、釀酒廠廢水和橄欖油廠廢水等含有高濃度的鉀鹽，可作為一種潛在的可利用的鉀源。但這些廢水中又含有一定的鈉鹽，會降低鉀鹽的回收率，因此，鉀鈉分離對鉀鹽的回收具有重要意義。

電滲析技術因其設備簡單，易于操作，能耗低等優勢，引起了學界的廣泛關注。電滲析技術可用于從養豬場廢水中分離各種營養鹽，如PO₄^3-，SO₄^2-，NH₄⁺，K⁺，Mg²⁺和Ca²⁺。此外，電滲析技術還可從廢水中回收重金屬離子，如Cr、Cu和Ni等。離子交換膜是電滲析技術的關鍵，電滲析技術要求離子交換膜具有良好的離子交換容量，選擇透過性，機械強度和離子導電性。但是，目前市面的離子交換膜存在價格昂貴，缺乏對特定離子的選擇性，膜污染嚴重等缺陷，很難滿足更高的廢水資源化利用的需求。

電控離子交換技術是近年來新興的離子交換技術，其核心也是中間的離子交換膜，離子交換膜的選擇性決定了其離子回收效率和選擇性。但是，目前研究中的電控離子交換膜難以實現對鉀鈉的選擇性分離；其次，系統多采用三電極體系，包括參比電極，普通電極電源難以滿足需求，而且，三電極體系操作復雜，難以滿足實際應用的要求。

CN108996521A公開了一種利用選擇性電滲析濃縮鹽水生產高純精制鹽的工藝及系統，所示方法通過除鉀系統對鉀進行去除，再通過選擇性電滲析對NaCl進行濃縮，但是工藝復雜，操作困難。

因此，本領域需要開發一種新型鉀離子選擇性交換膜電極，所述電極可以有效實現對鉀鈉的選擇性分離，且制備工藝簡單。

發明內容

針對目前市面的離子交換膜存在價格昂貴，缺乏對特定離子的選擇性，特別是無法實現鉀離子和鈉離子有效分離，膜污染嚴重等缺陷，很難滿足更高的廢水資源化利用的需求的問題。本發明的目的在于提供一種高鉀選擇性離子交換膜電極、其制備方法和用途。所述高鉀選擇性離子交換膜電極實現了鉀鈉的選擇性分離，且具有回收成本低、離子交換膜電極可重復利用，工藝連續，設備簡單，操作簡單，易于工業化等優點。本發明所述“高鉀選擇性離子交換膜電極”是指鉀鈉分離因子≥1.8的離子交換膜電極。

為達上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的目的之一在于提供一種高鉀選擇性離子交換膜電極，所述高鉀選擇性離子交換膜電極包括：導電金屬網和分布于所述導電金屬網表面的聚吡咯層，十二烷基苯磺酸根分布于所述聚吡咯層中。