[發(fā)明專利]一種利用正滲透耦合光熱蒸發(fā)技術(shù)進行分離的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110102201.2
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112919564B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設計）人: 陳義強;江河清;宋向菊;黃明華;張艷;蘇革
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學;中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C02F1/04
• 分類號: C02F1/04;C02F1/44
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎

本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種利用正滲透耦合光熱蒸發(fā)技術(shù)進行分離的方法。在正滲透分離過程中，于汲取液和空氣界面處引入光熱膜，并利用光源對其照射，在光熱膜表面使光能轉(zhuǎn)化為熱能通過光熱蒸發(fā)汲取液對其濃縮，進而維持正滲透過程中正滲透原料液和汲取液之間穩(wěn)定的滲透壓差，連續(xù)實現(xiàn)對原料的高效分離。本發(fā)明可廣泛應用于海水淡化、污水處理、果汁濃縮及藥物濃縮等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種利用正滲透耦合光熱蒸發(fā)技術(shù)進行分離的方法。

背景技術(shù)

淡水資源短缺是目前全球面臨的重大環(huán)境問題之一，膜分離技術(shù)因具有高效節(jié)能、安全環(huán)保等突出優(yōu)勢，已成為解決水危機的重要途徑。正滲透(Forward osmosis,FO)，作為一種依靠滲透壓差或化學位差驅(qū)動的膜過程，在海水淡化、污水處理、果汁濃縮等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。具體來講，在膜兩側(cè)原料液(低滲透壓)和汲取液(高滲透壓)滲透壓差的驅(qū)動下，水自發(fā)地從原料液經(jīng)過正滲透膜擴散到汲取液，從而實現(xiàn)水和溶質(zhì)的分離。在操作過程中，原料液不斷被濃縮，而汲取液被稀釋，從而降低膜兩側(cè)有效滲透壓差，導致分離效率下降。

目前，汲取液濃縮常采用的方法包括納濾、膜蒸餾等，(李松，曹奇光，張曉輝，王軍，張健，馬百盛，郭小妮，一種正滲透-膜蒸餾耦合果汁濃縮裝置，申請?zhí)枺?01820939480.1；張新妙，欒金義，謝梓峰，正滲透耦合膜蒸餾處理廢水的裝置及方法，申請?zhí)枺?01310534964.X；Water Research, 2019,153,134)，但是這些過程耗能高，同時要離線操作，對濃縮后的汲取液再重新利用，操作步驟繁瑣。因此，急需一種在線實現(xiàn)汲取液濃縮再利用的方式。

針對上述問題，本發(fā)明基于優(yōu)勢互補，成本最低化原則，提出了一種正滲透耦合光熱蒸發(fā)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用正滲透耦合光熱蒸發(fā)技術(shù)進行分離的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為：

一種利用正滲透耦合光熱蒸發(fā)技術(shù)進行分離的方法，在正滲透分離過程中，于汲取液和空氣界面處引入光熱膜，并利用光源對其照射，在光熱膜表面使光能轉(zhuǎn)化為熱能通過光熱蒸發(fā)汲取液對其濃縮，進而維持正滲透過程中正滲透原料液和汲取液之間穩(wěn)定的滲透壓差，連續(xù)實現(xiàn)對原料的高效分離。

所述正滲透分離是由低滲透壓的原料液、高滲透壓的汲取液以及正滲透復合膜構(gòu)成。

所述正滲透復合膜為聚酰胺膜、醋酸纖維素膜、三醋酸纖維素膜、納米復合膜中的一種或多種。

所述正滲透膜可按現(xiàn)有共混、界面聚合、層層自組裝等方式制備獲得；其中復合膜為聚酰胺膜、醋酸纖維素膜、三醋酸纖維素膜、納米復合膜等具有水和溶質(zhì)分離作用的分離膜。

優(yōu)選，所述正滲透膜可按照下述方式制備獲得，以聚酰胺膜為例：以聚丙烯腈(PAN)超濾膜為基底，采用界面聚合方法制備聚酰胺復合膜。首先，將PAN基底浸泡于2wt.％的間苯二胺溶液中，時間為2min，隨后傾倒掉膜表面多余的間苯二胺水溶液，空氣中瀝干。然后，將上述膜浸泡于0.1w/v.％均苯三甲酰氯/正己烷溶液中使間苯二胺和均苯三甲酰氯在膜表面發(fā)生聚合反應，反應時間為1min，之后將反應后的膜在80℃烘箱中熱處理5min后得到聚酰胺復合膜。

所述在正滲透分離過程中，利用低滲透壓的原料液和高滲透壓的汲取液之間的滲透壓差，使原料液中的水通過正滲透膜傳輸?shù)郊橙∫褐?，原料液被濃縮，同時汲取液被稀釋；在汲取液和空氣界面處引入的光熱膜，并利用光源對其照射，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，使汲取液中的水蒸發(fā)，進而將在正滲透分離過程中稀釋的汲取液進行濃縮，維持汲取液滲透壓的穩(wěn)定，從而連續(xù)保證正滲透過程的持續(xù)高效的分離。

所述光熱膜置于汲取液上方，在光源的照射下，光熱膜吸收光并轉(zhuǎn)化為熱，使光熱膜體界面處的水快速變成水蒸氣而逃離待蒸發(fā)溶液，從而使待蒸發(fā)溶液得到濃縮。