一種電滲析用改性離子交換膜及其制備方法和用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電滲析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電滲析用改性離子交換膜及其制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0002]電滲析作為膜脫鹽技術(shù)中的一種，因其具有明顯不同于納濾和反滲透膜的技術(shù)特點(diǎn)，如進(jìn)水指標(biāo)相對(duì)寬泛、運(yùn)行壓力低、操作簡(jiǎn)單、能耗低以及產(chǎn)水率高等，在含鹽廢水深度處理、苦咸水淡化、高濃鹽水深度濃縮和物料分離提純等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]與此同時(shí)，隨著電滲析的廣泛應(yīng)用，電滲析裝置也逐漸暴露出一些問(wèn)題，如設(shè)備漏水、膜間滲水、膜或隔板變形、漏電燒毀膜或隔板以及漏電導(dǎo)致電流效率降低等現(xiàn)象。
[0004]電滲析存在的上述現(xiàn)象或問(wèn)題受到很多專家和學(xué)者的關(guān)注，他們從不同角度做了很多電滲析器的改進(jìn)工作，包括裝置的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行維護(hù)方式、清洗抗污染形式或方法等。其中，研究較多的是從電滲析隔板流道的結(jié)構(gòu)形式上防止內(nèi)漏或提高膜和隔板間的密閉性等。
[0005]CN2889468Y公開(kāi)了一種防止內(nèi)漏的電滲析器隔板，其通過(guò)減少補(bǔ)水流道數(shù)量和密度，防止離子交換膜與隔板在壓緊膜堆時(shí)發(fā)生凹陷，導(dǎo)致水泄漏。
[0006]CN103816806A公開(kāi)了一種電滲析隔板，該發(fā)明將每條布水流道分成多段，交錯(cuò)設(shè)置在兩個(gè)側(cè)面，在相同數(shù)量布水通道條件下，增加離子交換膜與隔板之間的密封性能。
[0007]從上面的兩個(gè)電滲析隔板專利可以清晰分析出，改進(jìn)隔板流道形式可在一定程度上減少或防止電滲析設(shè)備漏水和膜間滲水現(xiàn)象。但這種方法不能從根本上解決膜變形、漏電燒毀膜或隔板、漏電導(dǎo)致電流效率降低等現(xiàn)象，而這些現(xiàn)象多是因電滲析用離子交換膜發(fā)生形變后與隔板間的密閉性發(fā)生變化引起的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)電滲析用離子交換膜進(jìn)行研究，在離子交換膜有效脫鹽面以外的密封區(qū)域中加入一種改性劑，使該部分膜凝膠化，以達(dá)到絕緣、降低干濕膜的尺寸變化率，提高膜強(qiáng)度，并強(qiáng)化密封效果的目的，從而保證電滲析裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0009]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0010]第一方面，本發(fā)明提供了一種電滲析用改性離子交換膜，所述改性離子交換膜包括脫鹽面和改性區(qū)域；所述改性區(qū)域?yàn)橛酶男詣┻M(jìn)行改性的區(qū)域，該區(qū)域?yàn)榕c電滲析隔板上網(wǎng)格以外的區(qū)域相接觸的區(qū)域。
[0011]其中，脫鹽面是指離子交換膜進(jìn)行脫鹽的有效區(qū)域。
[0012]改性劑使改性區(qū)域的離子交換膜凝膠化，從而達(dá)到了絕緣，降低干濕膜的尺寸變化率，提高膜強(qiáng)度，并強(qiáng)化密封效果的目的。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述改性離子交換膜包括改性陰離子交換膜和改性陽(yáng)離子交換膜。
[0014]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述改性區(qū)域與電滲析隔板上網(wǎng)格以外的區(qū)域密封接觸。
[0015]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述改性劑為水凝膠類物質(zhì)和/或橡膠類物質(zhì)。
[0016]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述改性劑為天然高分子水凝膠、人工合成水凝膠、無(wú)機(jī)類水凝膠、天然橡膠乳或人工合成橡膠中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:天然高分子水凝膠和人工合成水凝膠的組合，人工合成水凝膠和無(wú)機(jī)類水凝膠的組合，無(wú)機(jī)類水凝膠和人工合成橡膠的組合，天然橡膠乳和人工合成橡膠的組合，天然高分子水凝膠、人工合成水凝膠和無(wú)機(jī)類水凝膠的組合，天然高分子水凝膠、人工合成水凝膠、無(wú)機(jī)類水凝膠和人工合成橡膠的組合等。
[0017]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述天然高分子水凝膠為殼聚糖、海藻酸、纖維蛋白、明膠、膠原、透明質(zhì)酸或葡聚糖中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:殼聚糖和海藻酸的組合，纖維蛋白和明膠的組合，明膠、膠原和透明質(zhì)酸的組合，膠原、透明質(zhì)酸和葡聚糖的組合，殼聚糖、海藻酸、纖維蛋白、明膠和膠原的組合，殼聚糖、海藻酸、纖維蛋白、明膠、膠原、透明質(zhì)酸和葡聚糖的組合等。
[0018]優(yōu)選地，所述人工合成水凝膠為聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸羥乙酯或上述人工合成水凝膠的衍生物中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的組合，聚乙烯基吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸羥乙酯的組合，聚丙烯酰胺的衍生物和聚丙烯酸的衍生物的組合，聚乙烯基吡咯烷酮的衍生物和聚甲基丙烯酸羥乙酯的衍生物的組合，聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸羥乙酯的組合等。
[0019]優(yōu)選地，所述無(wú)機(jī)類水凝膠為二氧化硅、鋰藻土、羥基磷灰石、碳酸鈣或無(wú)機(jī)碳中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性的實(shí)例有:二氧化硅和鋰藻土的組合，鋰藻土和羥基磷灰石的組合，羥基磷灰石、碳酸鈣、和無(wú)機(jī)碳的組合，二氧化硅、鋰藻土、羥基磷灰石和碳酸鈣的組合，二氧化硅、鋰藻土、羥基磷灰石、碳酸鈣和無(wú)機(jī)碳的組合。上述無(wú)機(jī)類水凝膠為無(wú)機(jī)納米材料。
[0020]優(yōu)選地，所述人工合成橡膠為順丁橡膠、氯丁橡膠或丁苯橡膠中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實(shí)例有:順丁橡膠和氯丁橡膠的組合，氯丁橡膠和丁苯橡膠的組合，順丁橡膠、氯丁橡膠和丁苯橡膠的組合等。
[0021]第二方面，本發(fā)明提供了上述電滲析用改性離子交換膜的制備方法，所述方法為:在離子交換膜上與電滲析隔板的網(wǎng)格以外的區(qū)域相接觸的區(qū)域注入或填充改性劑，其注入或填充原理如圖2所示。
[0022]第三方面，本發(fā)明提供了上述電滲析用改性離子交換膜的用途，其應(yīng)用于電解質(zhì)溶液的分離及濃縮處理領(lǐng)域。其可應(yīng)用于各種電解質(zhì)溶液的分離及濃縮處理，包括但不限于鹽溶液、酸、堿的分離及濃縮處理領(lǐng)域，該電解質(zhì)溶液可為任意濃度的電解質(zhì)溶液，包括幾百毫克每升至幾萬(wàn)毫克每升，對(duì)其濃度并無(wú)特殊限制。
[0023]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述的電滲析用改性離子交換膜應(yīng)用于質(zhì)量濃度不大于30 %的電解質(zhì)溶液的分離及濃縮處理領(lǐng)域。
[0024]第四方面，本發(fā)明提供了一種采用上述電滲析用改性離子交換膜的電滲析裝置。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0026]本發(fā)明通過(guò)采用改性劑對(duì)離子交換膜與電滲析隔板上網(wǎng)格以外的區(qū)域相接觸的區(qū)域進(jìn)行改性，使部該部分膜凝膠化，以達(dá)到絕緣、降低干濕膜的尺寸變化率，提高膜強(qiáng)度，并強(qiáng)化密封效果的目的。采用改性離子交換膜的電滲析裝置與未采用改性離子交換的電滲析裝置比較，干/濕膜最大尺寸變化率由40%降低到5.7%，電流效率提高了 5?6%。，長(zhǎng)期運(yùn)行脫鹽率和電流效率差異更明顯，并且采用改性離子交換的電滲析裝置在運(yùn)行結(jié)束后不會(huì)出現(xiàn)膜燒毀、電流效率或脫鹽率降低等現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是本發(fā)明所述的改性離子交換膜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明所述的改性離子交換膜的微觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]其中，1-脫鹽面，2-改性區(qū)域，3-電滲析隔板，4-網(wǎng)格。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合若干個(gè)具體實(shí)施例，示例性說(shuō)明及幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但實(shí)施例具體細(xì)節(jié)僅是為了說(shuō)明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明構(gòu)思下全部技術(shù)方案，因此不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明總的技術(shù)方案限定，一些在技術(shù)人員看來(lái)，不偏離發(fā)明構(gòu)思的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，例如以具有相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡(jiǎn)單改變或替換，均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0031]以下實(shí)施例中的改性離子交換膜的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]本實(shí)施例采用聚丙烯酰胺對(duì)離子交換膜進(jìn)行與電滲析隔板3上網(wǎng)格4以外的區(qū)域相接觸的區(qū)域改性。
[0034]用800mmX400mm聚丙稀酰胺改性異相離子交換膜50對(duì)和同尺寸100張0.9mmPP隔板，用800mmX 400mm普通異相離子交換膜50對(duì)和同尺寸100張0.9mmPP隔板，分別組裝成相同的單級(jí)單段電滲析膜堆，其管道布置