CN100460882C - 一种荷电膜表面流动电势的测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种荷电膜表面流动电势的测定装置，该测定装置包括并联的两部分回路：一部分是与储液罐依次管路连接的第二电极、内置夹具的流动电势测试池、第一电极、压力表、阀门，回到储液罐的主回路；另一部分是在所述压力表和阀门之间的管路上与所述的储液罐之间依次管接稳流器和隔膜泵的测试回路。本发明的测定装置结构合理，测试准确性和精度大幅提高，测试溶液循环使用，节约资源；可长时间连续测试，效率提高。

Description

一种荷电膜表面流动电势的测定装置

技术领域

本发明涉及一种膜表面电性能的测试技术，具体为一种可检测荷电膜表面流动电势的装置，国际专利分类号拟为Int.Cl.G01R29/12(2006.01)。

背景技术

膜技术自50年代以来发展迅速，已发展成为产业化的高效节能分离过程和先进的单元操作过程，形成了相当大的产业规模，并在许多相关行业中广泛应用着。作为当前最有发展前景的高新技术之一，膜技术具有分离效率高(可实现连续分离、可在温和条件下实现分离)、无化学变化、体积小、易于放大、能耗低、操作方便以及与其它分离过程易于结合等优点，可用于大量的分离过程。在水领域使用的分离膜多为固体膜(其中绝大多数为有机膜)，为了改进膜的选择性，提高膜的水通量和抗有机物污染性，往往采用一定的方法使膜带有一定量的电荷，如采用荷电高聚物成膜、利用接枝、辐照等技术在高聚物膜中导入荷电基团，或在制膜液中直接掺杂荷电物质等方法来制备荷电膜，其中，较为重要的方法是将膜制备成多层结构的复合法。纳滤膜是较为突出的例子，商品化的纳滤膜大多为荷电复合膜，具有带电的表层。膜的荷电性和荷电量是荷电膜的重要参数，直接影响膜的分离性能和膜分离机理的确定。

现有的膜表面流动电势的测定装置存在如下缺点：1.测试溶液单向流动，不可循环，连续测试需要不断补充溶液，效率低，操作麻烦；2.测定装置容易受到泵转动的干扰，测量准确性和精度较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种荷电膜表面流动电势的测定装置，该测定装置具有测试溶液循环使用，测试效率高，精度好，操作容易，结构简单等优点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种荷电膜表面流动电势的测定装置，该测定装置包括并联的两部分回路：一部分是与储液罐依次管路连接的第二电极、内置夹具的流动电势测试池、第一电极、压力表、阀门，回到储液罐的主回路；另一部分是在所述压力表和阀门之间的管路上与所述的储液罐之间依次管接稳流器和隔膜泵的测试回路。

本发明设计的测定装置结构合理，可以使测试溶液循环使用，不需要补液，可长时间连续测试，效率大为提高；由于不排出尾液，因此节约资源，有利环保；由于设计了稳流装置，可减少或消除泵等因素的外界干扰，因此测试准确性和精度大幅提高，满足现代产业对荷电膜表面流动电势的精确测量要求。

附图说明

图1是现有技术荷电膜表面流动电势的测定装置整体结构示意图；

图2是本发明荷电膜表面流动电势的测定装置一种实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，本发明不受实施例限制：

本发明设计一种荷电膜表面流动电势的测定装置(以下简称测定装置。参见图2)，该测定装置包括并联的两部分回路：一部分是与储液罐1依次管路连接的隔膜泵2、稳流器3、压力表11、第一电极5、内置夹具4的流动电势测试池6、第二电极5’，回到储液罐1的连续测试回路；另一部分是与储液罐1依次管路连接的隔膜泵2、稳流器3、阀门8，回到储液罐1的主回路。

现有的膜表面荷电量的测定装置(参见图1)，包括与储液罐1依次管路连接的阀门8、第一电极5、内置夹具4的流动电势测试池6、第二电极5’后接入尾液罐9；泵10与尾液罐9管接，以排除测试尾液。现有技术的不足是：1.测试溶液由储液罐1单向流动到尾液罐9，是测试溶液流动与测试并行的单一回路，不可循环，连续测试时，需要往储液罐1中不断补充或回用测试溶液，效率低，操作麻烦；2.测定装置会因泵的转动等因素带来测试溶液流速的波动，给膜电荷的测试带来干扰和误差，降低测量的准确性和精度；3.测试溶液直接排出，浪费资源，不利环保，成本较高。

本发明测定装置包括并联的两个部分(参见图2)：一部分是由储液罐1→隔膜泵2→稳流器3→阀门8→储液罐1组成的测试溶液循环回路或主回路；另一部分是由储液罐1→隔膜泵2→稳流器3→压力表11→第一电极5→内置夹具4的流动电势测试池6→(测试时夹具4内的膜7)→第二电极5’→储液罐1组成的连续测试回路。通过控制所述的循环回路的流量可控制测试装置的流体压力变化，并避免或屏蔽了对所述测试回路的干扰，克服了现有技术的缺点。

本发明测定装置所述的压力表11的量程为0.1—0.25MPa，可测试的压力范围为0.0-2.0MPa。所述的稳流器3为市购产品，实施例选用WY-4711型不锈钢稳流器。测定装置中的稳流器3能保证测试液流的稳定。所述的隔膜泵2也是市购产品，实施例选用最高操作压力为0.7MPa的隔膜泵2。所述的第一电极5、第二电极5’均为铂丝电极，所述的夹具4为有机玻璃，所述的流动电势测试池6均同于现有技术。

与现有技术相比，本发明设计的测定装置没有尾液罐，没有泵，新增加的稳流装置仅由稳流器和隔膜泵组成，可循环使用测试溶液，因而结构简单，功能增加，效率提高，有利环保；由于测试溶液循环回路与连续测试回路各自相对独立，可减少或消除泵等因素对测试的干扰，因此可大幅提高测试的准确性和精确性，满足现代产业对荷电膜表面流动电势的精确测量要求。由于所述的第一电极5、第二电极5’、夹具4、流动电势测试池6、阀门8等均同于现有技术，因此本发明测定装置可以方便地对现有技术的测试装置进行改造，提高效率，节约资金。

本发明所述的测定装置的测试原理是：膜的表面荷电量常用膜表面的电势ζ来表征。而电势ζ的值可通过测定膜的表面流动电势ΔE来得到。流动电势是指当流过荷电膜表面的溶液存在一定的压力差时，所引起荷电膜表面电荷形成的梯度分布。电势ζ与流动电势ΔE之间的关系为：

ΔE＝-β·ΔP                                  公式1

$\mathrm{\ζ}=\frac{\mathrm{\β\η\κ}{R}_{\mathrm{el},s}}{{\mathrm{\ϵR}}_{\mathrm{el}}}$                                         公式2

式中，β为电压渗系数，ΔP是所用的压力，ε是介电常数，η是溶液的粘度，R_el是电解质溶液的电阻，R_el，s是充满测定池的电导率，κ_s是已知的标准溶液的电阻，常采用0.1M KCl作为标准溶液。测试原理与现有技术相同。

本发明测定装置具体测试流程如下：

1.在流动电势测试池6的夹具4中放入被测试的膜7，拧紧螺栓使流动电势测试池6不漏液；

2.用量程为100mv的万用表接在第一电极5和被测试的膜7之间；

3.在储液罐1中加入0.1MKCl的测试液，开通阀门8，启动隔膜泵2；

4.利用阀门8缓慢调节测试液流量，直至压力表11指到所需的测试压力值ΔP。在此压力下预压半小时后，读取万用表所示的电压值即为该被测膜7的表面流动电势ΔE；

5.依照4，连续测试和读取不同压力下膜7的表面流动电势ΔE值后，制作ΔE～ΔP图。ΔE～ΔP为直线，其斜率为电压渗系数β的值，利用公式2可求得所需的电势ζ。

本发明的测定装置功能强大，适应性好，可以测试平板膜的表面流动电势，也可以用于测试中空纤维内压膜的表面流动电势(浇铸成单根膜的组件，直接用于测试)。本发明测定装置可用于膜表面流动电势的测试和研究，测试稳定，数据精确，效率提高。例如，当研究荷电膜的分离机理时，所述的测试液可以采用相同浓度(如0.1M)的不同(如KF，KCl，KBr和KI等)测试溶液，用以研究阴离子的变化对膜表面流动电势ΔE和ζ电势的影响；采用相同浓度(如0.1M)的不同(如LiCl、NaCl和KCl等)的测试溶液，用以研究阳离子的变化对膜表面流动电势ΔE和ζ电势的影响；而测定不同浓度(如0.001M，0.01M，0.1M，1M)下的相同测试溶液(如KCl)可得到相应的表面流动电势ΔE，用以研究膜电势ζ与盐溶液浓度之间的关系。

Claims (2)

1.一种荷电膜表面流动电势的测定装置，该测定装置包括并联的两部分回路：一部分是与储液罐依次管路连接的隔膜泵、稳流器、压力表、第一电极、内置夹具的流动电势测试池、第二电极，回到储液罐的连续测试回路；另一部分是与储液罐依次管路连接的隔膜泵、稳流器、阀门，回到储液罐的主回路。

2.根据权利要求1所述的荷电膜表面流动电势的测定装置，其特征在于所述压力表的量程为0.1-0.25MPa，可测试的压力范围为0.0-2.0MPa；所述稳流器为WY-4711型不锈钢稳流器；所述隔膜泵的最高操作压力为0.7MPa。

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