CN102476031A - 一种带有超声功能的电渗析器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有超声功能的电渗析器。根据本发明的带有超声功能的电渗析器，包括：电极板(4)、离子交换膜(6)、隔板(5)和直流稳压电源(7)；所述的电极板(4)包括：主体支撑材料(4-1)、电极材料(4-2)、电极板内侧面支撑网(4-3)和膜堆料液进口螺栓(4-4)；所述的隔板(5)包括：隔板的主体支撑材料(5-1)；其特征在于，所述的电渗析器还包括一超声波发生系统，用于对电渗析液混合，抑制、延缓离子交换膜的污染；所述的超声波发生系统包括：超声波发生器(2)和超声波换能器(3)。通过本发明装置的超声作用，从而使其膜污染的影响降低，综合能耗减小。

Description

一种带有超声功能的电渗析器

技术领域

本发明涉及一种膜分离技术领域，具体地，本发明涉及一种带有超声功能的电渗析器。

背景技术

电渗析技术是膜分离技术之一，是利用在直流电场作用下，阴阳离子可以选择性地通过阴阳离子交换膜，或水在双极膜中解离为H⁺和OH^-等原理，达到物质提纯、分离及酸碱再生目的的一种技术。因其不消耗药品，无废液产生等优点，被广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业等领域。

但是膜污染始终是限制电渗析技术应用的主要因素之一。在环境和生物技术工业领域，因待处理料液的成分复杂多样，其膜污染情况更为严重。引起膜污染的料液成分主要有腐植酸、表面活性剂、蛋白质、氨基酸、多价无机离子(Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等)，在膜内、膜面形成沉积物(任洪艳，电渗析膜污染及其控制方法研究进展[J]，现代化工，2007，27(7)：18～21；Hongyan Ren，J Chen Technol Biotechnol，2008，83：1551～1557)，从而增加电渗析的单位能耗，延长操作时间。

目前，电渗析膜污染的清洗主要有在线化学清洗和离线清洗两种。在线化学清洗需要使用一定的清洗剂的溶液，电渗析操作就必须停下；离线清洗需要把电渗析膜堆拆开，将离子交换膜取出后进行清洗。这两种方法耗时、耗力，影响电渗析操作的连续性(任洪艳，电渗析膜污染及其控制方法研究进展[J]，现代化工，2007，27(7)：18～21)。

本发明致力于延缓电渗析过程中膜污染的形成，更好地解决电渗析过程中膜污染的有效清洗问题，提出了一种带有在线超声功能的电渗析器。

发明内容

本发明的目的在于为了更好的解决膜污染以及清洗时的困难，提供了一种带有在线超声功能的电渗析器。

根据本发明的一种电渗析器，所述的电渗析器包括：电极板4、离子交换膜6、隔板5和直流稳压电源7；

所述的电极板4包括：主体支撑材料4-1、电极材料4-2、电极板内侧面支撑网4-3、膜堆料液进口螺栓4-4和金属板材料4-5；

所述的隔板5包括：隔板的主体支撑材料5-1；

所述的电渗析器还包括一超声波发生系统，用于对电渗析液混合，抑制、延缓离子交换膜的污染；所述的超声波发生系统包括：超声波发生器2和超声波换能器3。

作为上述方案的一种改进，所述的超声波发生系统包括定时器1，所述的超声波换能器3置于电极板的支撑材料4-1的圆柱形孔洞内，安装在电极材料4-2的外侧。

作为上述方案的又一种改进，所述的电渗析器的电极材料4-2为非均匀金属材料，则在其外侧还设置一层均匀金属板4-5，所述的超声波换能器3置于金属板4-5上。

作为上述方案的再一种改进，所述的超声波换能器3的导体裸露处和压电陶瓷片处通过涂覆防水胶，直接安装于隔板5内，超声波换能器3的连接导线通过隔板5侧面的孔引出；所述的隔板5还包括隔板两侧面的塑料支撑网5-2和金属壳5-3，所述的超声波换能器3设置在该金属壳5-3中，并将金属壳5-3安装在隔板5中。

作为上述方案的还一种改进，所述的超声波换能器3上还安装有变幅杆3-4，该变幅杆3-4形状为：棒形、锥形、阶梯形、圆台形、指数形、悬链形或高斯形；所述的变幅杆3-4设置在电极材料4-2和电极板内侧面支撑网4-3之间，或该变幅杆3-4设置在隔板的主体支撑材料5-1上；所述的变幅杆3-4与支撑材料4-1的接触面、变幅杆3-4与电极板的主体支撑材料5-1的接触面、超声波换能器3的连接导线与隔板的主体支撑材料5-1的接触面以及金属壳5-3与隔板的主体支撑材料5-1的接触面都进行密封处理，以防止膜堆的溶液泄漏。

作为上述方案的还一种改进，所述的超声波换能器3超声频率范围为20～100kHz，输出功率为20～100W；所述的金属板4-5、隔板5、金属壳5-3和变幅杆3-4采用耐腐蚀、有韧性和耐强度的金属材料。

本发明带有在线超声功能的电渗析器是通过在常规电渗析器的基础上引入超声波发生系统(如图1所示)，该超声波发生系统包括电磁继电器/定时器1、超声波发生器2和超声波换能器3及连接导线。其主要特征是：在常规的电渗析器的膜堆中安装超声波换能器(图1)，其中超声波换能器3的超声波输出端3-1(图2a)与电渗析器膜堆中原有的金属板(图4a-1、4a-2中的4-2)和根据需要增加的金属板或金属柱体(图4c中的4-5，图4d-1、4d-2的3-4或图5d-1、5d-2中的5-3)的一面或一端直接刚性连接，金属板的另一侧则需要与膜堆中的液体直接接触。超声波换能器通过导线与超声波发生的其他装置(图1的1和2)连接，这样图1的8端接通电源后产生的超声波就可以传递进电渗析器的膜堆中。

具体安装方式：超声波换能器安装在电渗析器膜堆的电极板或隔板上的安装方式有如下几种。

第一种是超声波换能器3直接安装在电渗析器膜堆的电极板4上，需要在电极板的主体支撑材料4-1上根据超声波换能器4的尺寸开出圆柱形孔洞，以容纳超声波换能器4。如果电极板的电极材料4-2本身为均匀金属板材料，如不锈钢板等，则超声波换能器4可直接刚性固定在电极材料4-2的外侧，电极材料4-2的内侧与电渗析膜堆中的料液直接接触，如图4b所示；如果电极材料4-2是网状或带孔的金属材料，如钛涂钌金属网等，则需要在电极材料4-2的外侧增加一层均匀金属板材料，如图4c中的4-5，超声波换能器3可刚性固定在增加的均匀金属板材料4-5的外侧，均匀金属板材料4-5的另一侧则与电渗析膜堆极室的液体直接接触。电极板的4-1和4-2或4-5之间的接触面需要密封，防止极室的电极液泄漏。

第二种是超声波换能器3首先安装在变幅杆3-4的上端，其连接方式也是刚性固定，然后再将变幅杆3-4插入电渗析器膜堆的电极板4中，如图4d-1和4d-2所示，需要在电极板的主体支撑材料4-1的侧面钻孔，孔径大小根据变幅杆3-4与电极板的主体支撑材料4-1接触部分的直径而定。变幅杆3-4下端所处的位置在电极板的电极材料4-2和电极板内侧面的塑料支撑网4-3之间，此种情况下需要增加电极材料4-2与电极板内侧面塑料支撑网4-3之间的距离，以容纳变幅杆的插入。变幅杆3-4与电极板的主体支撑材料4-1的接触面需要密封，以防止膜堆的电极液泄漏。

第三种是超声波换能器3首先安装在变幅杆3-4的上端，其连接方式也是刚性固定，然后再将变幅杆3-4插入电渗析器膜堆的隔板5中。如图5c-1和5c-2所示，需要在隔板的主体支撑材料5-1的侧面钻孔，孔径大小根据变幅杆3-4与隔板的主体支撑材料5-1接触部分的直径而定。此处所指的隔板5是一种在电渗析常规隔板的基础上，为了引入超声波发生部件而进行改进的隔板。变幅杆3-4与电极板的主体支撑材料5-1的接触面需要密封，以防止膜堆的电极液泄漏。

第四种是将超声波换能器3安装在金属壳5-3内，再将金属壳5-3安装在改进的隔板中。如图5d-1和5d-2所示，超声波换能器3的前端金属块3-1安装在金属壳5-3的内侧面，此内侧面是与离子交换膜6平行的面。金属壳5-3不能封闭，需要从隔板5的侧面与外界连通。金属壳5-3与隔板的主体支撑材料5-1的接触面需要密封，以防止膜堆的溶液泄漏。

第五种是将超声波换能器3进行一定防水处理，直接将其安装在隔板5中，而不需要将其密封于金属壳5-3内，其安装方式与上述第四种类似，可以将超声波换能器的前端金属块3-1和后端金属块3-3分别固定于隔板两侧面的塑料支撑网5-2上，超声波换能器3的导线通过隔板5侧面的孔与外界连通。超声波换能器3的导线与隔板的主体支撑材料5-1的接触面需要密封，以防止膜堆的溶液液泄漏。

本发明的电磁继电器/定时器1为市售的各种规格、各种型号的电磁继电器，通过选择不同的模式，可以实现0.01秒～9999分范围内的通断控制，从而实现不同时间段、不同时间比例(超声比例为0～1)的在线超声；所述的电磁继电器/定时器1也可被可实现该功能的其他电气元件替代。

其中超声波发生器2为市售的各种型号、各种规格的超声波发生器，但要与相应的超声波换能器相匹配。超声波换能器3是市售的各种型号、规格的超声波换能器，可以是夹心式超声波换能器，也可以是圆片式超声波换能器，但不局限于此。以夹心式换能器为例，其前端金属块可以是圆锥体，也可以是圆柱体，也可以是其他组合式几何形状的。根据需要也可以在前端金属块的前面再添加一个变幅杆3-4，也称超声波聚能器，当前可用的变幅杆的规格有多种可选。所选的超声波换能器的工作频率可根据具体应用在超声范围内选择，本发明专利优选的超声频率范围为20kHz～100kHz；所选的超声波换能器的输出功率也可根据具体应用选择，本专利优选的单个超声波换能器的输出功率为20～100W。

本发明中的变幅杆3-4可以根据具体需要进行设计，图2b-1，2b-2，2b-3和2b-4所示的仅为其中的四种形式，本专利所涉及的变幅杆包括但不局限与此。超声波换能器3与金属板材料4-2、4-5、5-3或变幅杆之间的固定方式是一种牢固的、紧密的刚性连接方式，例如焊接、粘接等。

本发明中的超声波换能器安装到膜堆中的五种方式视具体情况可以单独使用，也可以自由组合使用其中的任意两种、或任意三种、四种或五种。

本发明中的超声波换能器3在电渗析器膜堆电极板4和隔板5上垂直于直流电场方向的平面上的安装数量和排布位置可根据电渗析器膜堆的有效面积、超声波换能器的输出功率和频率、待处理料液的洁净程度等因素确定；安装了超声波换能器的电渗析膜堆隔板和/或安装了超声波换能器及变幅杆的电渗析膜堆隔板在平行于直流电场方向上的间隔距离可根据具体需要进行调整。在采用上述第四种方式时，可以一侧安装超声波换能器，也可以两侧均安装超声波换能器，如图6a所示。优选的单位面积的超声功率为0.25～1.0W/cm²。

本发明中的电渗析器与常规电渗析器的区别仅在与：为了安装超声波换能器3或变幅杆3-4，对电渗析器膜堆电极板4和隔板5进行了改造，如增加了电渗析器膜堆电极板4的内侧面的塑料支撑网4-3与电极板材料4-2之间的距离，或增加了均匀金属板材料4-5，如图4b和4c所示；增加了隔板5的厚度，如图5b-1和5b-2所示。本专利所涉及的电渗析器可以是自行组装的简易电渗析器，也可以是商品化的专业电渗析器。电渗析器可以通过改变膜堆中离子交换膜的排列组合，进行电渗析通常的操作，如三室电渗析、两室电渗析等，本发明专利所涉及的电渗析包括但不局限于以上所述的电渗析器种类及电渗析操作模式。

本发明中的电渗析器膜堆电极板的基本用途是为膜堆提供直流电场。主体支撑材料4-1可以是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等；电极材料可以是石墨电极、铅电极、钛丝涂钌电极、不锈钢电极或其他电渗析设备通用的电极。图4a-1和4a-2为常规的电渗析器膜堆电极板示意图，本发明专利所涉及的电渗析器膜堆电极板与常规的电渗析器膜堆电极板有所区别：当采用第一种安装方式固定超声波换能器时，需要在电极板的主体支撑材料4-1的背面开孔，如电渗析器膜堆电极板的电极材料不是一定强度的金属板时，需要在电极材料外侧添加金属板4-5，以固定超声波换能器，如图4b和4c所示；当采用第二种安装方式固定超声波换能器时，需要在电极板的主体支撑材料4-1的侧面开孔如图4d-1和4d-2所示。

本发明中的电渗析器膜堆隔板5是在电渗析器膜堆中相邻的离子交换膜之间的绝缘材料，其中一种形式为常规电渗析器隔板，其边框采用0.9毫米聚丙烯板(也可以是聚氯乙烯、聚乙烯等材料)冲压成型，内烫二聚丙烯丝编织网构成水流通道。另一种形式为安装了超声波换能器3或变幅杆3-4的电渗析隔板，与常规电渗析器隔板的区别在于其厚度增加，在侧面需要开孔，或其内部增加了容纳超声波换能器3的金属壳5-3，如图5b-1、5b-2、5c-1、5c-2、5d-1和5d-2所示。

本发明中的用于隔板5承载超声波换能器3的金属壳5-3的尺寸依据超声波换能器3的尺寸及安装数量而定，其平行于离子交换膜6的面的面积越小越好。

其中在电极材料外侧添加的金属板材料4-5和隔板5承载超声波换能器3的金属壳5-3的材料需要满足以下要求：耐腐蚀，有较好的韧性和强度的金属材料，或具有耐腐蚀涂层的金属材料，如316不锈钢板等；材料的厚度需满足使用要求。

本发明为了抑制和减缓离子交换膜上的污染层的形成，首次将两个差别很大的领域中的仪器结合在一起，将超声发生系统引入了电渗析器，为了实现这一结合，对传统的电渗析器进行了改进，对电渗析器的电极板和隔板进行了改造，通过增加电极板的内侧支撑网和电极材料之间的距离和增加隔板的厚度等。在电渗析器中引入超声系统后不仅可以使料液充分混合，同时降低了离子交换膜的污染。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，在电渗析过程中，尤其是待处理料液较为复杂的情况下，开启一定频率、一定输出功率、一定时间比例的超声功能，很大程度上抑制及延缓了离子交换膜上污染层的形成，延长了电渗析器稳定运行的时间，单位时间内减少了停机清洗的次数；另外，由于间断的超声波的作用，膜堆中各种料液的混合效果得到改善，其宏观表现为膜堆电阻降低，达到同样效果的操作时间缩短，从而使其膜污染的影响降低，综合能耗减小。

附图说明

图1为本发明的带有在线超声功能的电渗析装置的结构示意图；

图2a为本发明的夹心式超声波换能器的结构示意图；

图2b-1为本发明的变幅杆的形状示意图；

图2b-2为本发明的变幅杆的形状示意图；

图2b-3为本发明的变幅杆的形状示意图；

图2b-4为本发明的变幅杆的形状示意图；

图3为本发明的电渗析器的膜堆的基本结构示意图；

图4a-1为本发明的膜堆基本电极板的正面平视图；

图4a-2为本发明的膜堆基本电极板的左侧剖视图；

图4b为本发明电极材料为均匀金属板时安装超声波换能器的电极板结构示意图；

图4c为本发明电极材料为网状结构时安装了超声波换能器的电极板结构示意图；

图4d-1为本发明的安装了超声波换能器和变幅杆的电极板的正面平视图；

图4d-2为本发明的安装了超声波换能器和变幅杆的电极板的俯视剖切图；

图5a为本发明常规电渗析隔板的结构示意图；

图5b-1为本发明改进的电渗析隔板的正面平视图；

图5b-2为本发明改进的电渗析隔板的左侧剖视图；

图5c-1为本发明的安装了超声波换能器和变幅杆的隔板的正面平视图；

图5c-2为本发明的安装了超声波换能器和变幅杆的隔板的俯视剖切图；

图5d-1为本发明的安装了超声波换能器的隔板的正面平视图；

图5d-2为本发明的安装了超声波换能器的隔板的右视剖切图；

图6a为本发明的超声波换能器在隔板中的分布示意图；

图6b为本发明的超声波换能器及变幅杆在膜堆电极板中的分布示意图。

附图标记

1、电磁继电器/定时器        2、超声波发生器        3、超声波换能器

4、电渗析器的电极板         5、电渗析器的隔板      6、离子交换膜

7、电渗析器直流稳压电源    8、接常规交流电源        9、各种料液

3-1、前端金属块                   3-2、压电陶瓷片

3-3、后端金属块                   3-4、变幅杆

4-1、电极板的主体支撑材料         4-2、电极板的电极材料

4-3、电极板内侧面支撑网           4-4、膜堆料液进口螺栓

4-5、金属板材料                   5-1、隔板的主体支撑材料

5-2、隔板两侧面的塑料支撑网       5-3、金属壳

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的带有在线超声功能的电渗析器进行进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的带有在线超声功能的电渗析器包括电磁继电器/定时器1、超声波发生器2、超声波换能器3、电渗析器的电极板4、电渗析器的隔板5、离子交换膜6、电渗析器直流稳压电源7(其直流稳压电源的正负极以及电渗析器的电极板4、电渗析器的隔板5的链接方式如图3所示)、接常规交流电源8和接进入膜堆的各种料液9，其中电渗析器的电极板还包括电极板内侧面支撑网4-3和膜堆料液进口螺栓4-4。

如图2a所示超声波换能器3包括前端金属块3-1、压电陶瓷片3-2、后端金属块3-3、此外根据连接方式不同，还需要用到变幅杆3-4，变幅杆的形状为棒形、锥形、阶梯形、圆台形、指数形、悬链形或高斯形，如图2b-1、2b-2、2b-3和2b-4所示。

根据不同类型的电渗析器，安装方式可以为多样的，不局限于本发明实施例所提供的安装方式，根据电渗析器的电极材料的不同，可以有以下的安装方式：当电极板的电极材料4-2为均匀的金属板时，可以将超声波换能器3的超声波输出端3-1(图2)安装在电渗析器膜堆中原有的金属板上或其外侧如图4a-1、4a-2和4b所示；如果电极材料4-2是网状或带孔的金属材料，如钛涂钌金属网等，则需要在电极材料4-2的外侧增加一层均匀金属板材料，超声波换能器3可刚性固定在增加的均匀金属板材料4-5的外侧，均匀金属板材料4-5的另一侧则与电渗析膜堆极室的液体直接接触如图4c所示。

此外，超声波换能器3还可以首先安装在变幅杆3-4，然后设置安装在电渗析器上。如图4d所示，超声波换能器3首先安装在变幅杆3-4的上端，其连接方式也是刚性固定，然后再将变幅杆3-4插入电渗析器膜堆的电极板4中，需要在电极板的主体支撑材料4-1的侧面钻孔，孔径大小根据变幅杆3-4与电极板的主体支撑材料4-1接触部分的直径而定。电渗析器还可以安装在隔板5中，隔板5还包括隔板两侧面的塑料支撑网5-2，在图5a为安装了常规电渗析隔板的示意图，为了实现换超声能器3的安装对隔板5进行了改进，增加了隔板5的厚度，如图5b-1和5b-2所示；安装方式为超声波换能器3首先安装在变幅杆3-4的上端，其连接方式也是刚性固定，然后再将变幅杆3-4插入电渗析器膜堆的隔板5中，如图5c-1和5c-2所示，需要在隔板的主体支撑材料5-1的侧面钻孔，孔径大小根据变幅杆3-4与隔板的主体支撑材料5-1接触部分的直径而定。超声波换能器3还可以安装在金属壳5-3内，再将金属壳5-3安装在改进的隔板中，如图5d-1，5d-2所示。电渗析器的安装数目也可以根据具体的需要进行调整，可以一侧安装超声波换能器，也可以两侧均安装超声波换能器，如图6a所示。优选的单位面积的超声功率为0.25～1.0W/cm²，图6b中所示为本发明的超声波换能器及变幅杆在膜堆电极板中的分布。

实施例1

采用常规的阳极电极板为阳极板，采用如图4b所示的安装了超声波换能器的电极板为阴极板，其安装的超声波换能器前端金属块的最大直径为45mm，超声波换能器的前端金属块圆心与电极板的有效面的几何中心重合，超声波换能器3和电极板电极材料4-2使用302改性丙烯酸酯胶粘剂粘合。超声波换能器的频率为40kHz，超声输出功率为40W，电极板的有效面尺寸为5cm×10cm，有效膜面积为50cm²，膜面功率为0.8W/cm²。

采用市售的ZN48型电磁继电器进行定时控制；采用与上述超声波换能器配套的超声波发生器；电渗析器的其他部分与常规电渗析器相同；膜堆结构为三室，使用的离子交换膜为阴膜、阳膜和双极膜三种，膜的组数为4组。

使用如图1及如上所述的的在线超声电渗析装置对除菌的发酵废液进行酸碱再生处理。电渗析的操作电压为30V，恒压操作；酸室初始液为0.05mol/L稀硫酸300mL，碱室的初始液为0.1mol/L稀氨水300mL，料室的初始液为除菌的味精等电母液300mL，极室的初始液为30g/L的无水硫酸钠溶液300mL。恒温水浴的设定温度为30℃。电磁继电器设置为全时断开模式，即电渗析过程中无超声产生。测定及计算的电渗析过程参数如下：平均电流密度为16.13mAcm^-2，膜堆电阻为27.96Ω，膜通量为1.39mol·m^-2·h^-1，单位膜通量能耗为5.09kwh·kg^-1/mol·m^-2·h^-1。

实施例2

使用如实施例1同样的在线超声电渗析器对发酵废液进行酸碱再生处理。

电渗析的操作电压为30V，恒压操作；酸室初始液为0.05mol/L稀硫酸300mL，碱室的初始液为0.1mol/L稀氨水300mL，料室的初始液为除菌的味精等电母液300mL，极室的初始液为30g/L的无水硫酸钠溶液300mL。恒温水浴的设定温度为30℃。电磁继电器控制的超声模式如下：60s为一个循环周期，超声时间为15s，无超声时间为45s，直到电渗析操作结束。测定及计算的电渗析过程参数如下：平均电流密度为19.99mA cm^-2，膜堆电阻为22.08Ω，膜通量为1.61mol·m^-2·h^-1，单位膜通量能耗为3.95kwh·kg^-1/mol·m^-2·h^-1。说明在线超声对电渗析过程中提高膜堆中溶液混合效果及延缓膜污染有有利作用。

实施例3

采用常规的阴极电极板为阴极板，采用如图4d所示的阳极板耦合超声波换能器和变幅杆的模式，安装的超声波换能器个数为4个，电极板的有效面尺寸为10cm×20cm，在有效面积范围内均匀分布，其安装的超声波换能器前端金属块的最大直径为45mm，变幅杆的下端处于均分的有效面的几何中心，如图6b所示；超声波换能器3和变幅杆3-4的上端之间使用302改性丙烯酸酯胶粘剂粘合。超声波换能器的频率为40kHz，超声输出功率为40W，有效膜面积为200cm²，膜面功率为0.8W/cm²。

采用市售的ZN48型电磁继电器进行定时控制；采用与上述超声波换能器配套的超声波发生器；电渗析器的其他部分与常规电渗析器相同；膜堆结构为三室，使用的离子交换膜为阴膜、阳膜和双极膜三种，膜的组数为4组。

使用如图1及如上所述的的在线超声电渗析装置对除菌的发酵废液进行酸碱再生处理。电渗析的操作电压为20V，恒压操作；酸室初始液为0.05mol/L稀硫酸1200mL，碱室的初始液为0.1mol/L稀氨水1200mL，料室的初始液为除菌的味精等电母液1200mL，极室的初始液为30g/L的无水硫酸钠溶液500mL。恒温水浴的设定温度为30℃。电磁继电器控制的超声模式如下：60s为一个循环周期，超声时间为15s，无超声时间为45s，直到电渗析操作结束。测定及计算的电渗析过程参数如下：平均电流密度为18.36mAcm^-2，膜堆电阻为24.12Ω，膜通量为1.41mol·m^-2·h^-1，单位膜通量能耗为4.12kwh·kg^-1/mol·m^-2·h^-1。

实施例4

采用如图4b所示的安装了超声波换能器的电极板为阴极板，采用如图4c所示的安装了超声波换能器的电极板为阳极板，添加的金属板材料4-5为2mm不锈钢板，其长和宽与电极材料4-2相同，其安装的超声波换能器前端金属块的最大直径为45mm，超声波换能器的前端金属块圆心与电极板的有效面的几何中心重合，超声波换能器3与电极板电极材料4-2和金属板材料4-5使用302改性丙烯酸酯胶粘剂粘合。超声波换能器的均频率为40kHz，超声输出功率为40W，电极板的有效面尺寸为5cm×10cm，有效膜面积为50cm²，膜面功率为0.8W/cm²。

采用市售的ZN48型电磁继电器进行定时控制；采用与上述超声波换能器配套的超声波发生器；电渗析器的其他部分与常规电渗析器相同；膜堆结构为三室，使用的离子交换膜为阴膜、阳膜和双极膜三种，膜的组数为8组。

使用如图1及如上所述的的在线超声电渗析装置对除菌的发酵废液进行酸碱再生处理。电渗析的操作电压为40V，恒压操作；酸室初始液为0.05mol/L稀硫酸600mL，碱室的初始液为0.1mol/L稀氨水600mL，料室的初始液为除菌的味精等电母液600mL，极室的初始液为30g/L的无水硫酸钠溶液400mL。恒温水浴的设定温度为30℃。电磁继电器控制的超声模式如下：60s为一个循环周期，超声时间为10s，无超声时间为50s，直到电渗析操作结束。测定及计算的电渗析过程参数如下：平均电流密度为20.10mAcm^-2，膜堆电阻为22.12Ω，膜通量为1.62mol·m^-2·h^-1，单位膜通量能耗为3.92kwh·kg^-1/mol·m^-2·h^-1。

实施例5

采用常规的阳极电极板为阳极板，采用如图5c所示的安装了超声波换能器和变幅杆的隔板置于阳极板附近，采用如图4b所示的安装了超声波换能器的电极板为阴极板，其安装的超声波换能器前端金属块的最大直径为45mm，变幅杆的下端和超声波换能器的前端金属块圆心与电极板的有效面的几何中心重合，超声波换能器3与变幅杆3的上端和电极板电极材料4-2之间使用302改性丙烯酸酯胶粘剂粘合。超声波换能器的频率为60kHz，超声输出功率为30W，电极板的有效面尺寸为5cm×10cm，有效膜面积为50cm²，膜面功率为0.6W/cm²。

采用市售的ZN48型电磁继电器进行定时控制；采用与上述超声波换能器配套的超声波发生器；电渗析器的其他部分与常规电渗析器相同；膜堆结构为三室，使用的离子交换膜为阴膜、阳膜和双极膜三种，膜的组数为8组。

使用如图1及如上所述的的在线超声电渗析装置对除菌的发酵废液进行酸碱再生处理。电渗析的操作电压为40V，恒压操作；酸室初始液为0.05mol/L稀硫酸600mL，碱室的初始液为0.1mol/L稀氨水600mL，料室的初始液为除菌的味精等电母液600mL，极室的初始液为30g/L的无水硫酸钠溶液400mL。恒温水浴的设定温度为30℃。电磁继电器控制的超声模式如下：60s为一个循环周期，超声时间为12s，无超声时间为48s，直到电渗析操作结束。测定及计算的电渗析过程参数如下：平均电流密度为20.21mA cm^-2，膜堆电阻为21.86Ω，膜通量为1.68mol·m^-2·h^-1，单位膜通量能耗为3.89kwh·kg^-1/mol·m^-2·h^-1。

实施例6

采用常规的阳极电极板为阳极板，采用常规的阴极电极板为阴极板，如图5d所示的隔板耦合超声波换能器的模式，其安装的超声波换能器前端金属块的最大直径为40mm，超声波换能器的前端金属块圆心与电极板的有效面的几何中心重合，超声波换能器3和金属壳5-3平行于膜的一面内侧之间使用302改性丙烯酸酯胶粘剂粘合。超声波换能器的频率为60kHz，超声输出功率为30W，电极板的有效面尺寸为5cm×10cm，有效膜面积为50cm²，膜面功率为0.6W/cm²。

采用市售的ZN48型电磁继电器进行定时控制；采用与上述超声波换能器配套的超声波发生器；电渗析器的其他部分与常规电渗析器相同；膜堆结构为三室，使用的离子交换膜为阴膜、阳膜和双极膜三种，膜的组数为18组，阴极板附近使用一个如图5d所示的隔板，然后以阴极板处为起点，每隔6组膜插入一个安装有超声波换能器的隔板，共安装4块耦合超声波换能器的隔板。

使用如图1及如上所述的的在线超声电渗析装置对除菌的发酵废液进行酸碱再生处理。电渗析的操作电压为60V，恒压操作；酸室初始液为0.05mol/L稀硫酸1200mL，碱室的初始液为0.1mol/L稀氨水1200mL，料室的初始液为除菌的味精等电母液1200mL，极室的初始液为30g/L的无水硫酸钠溶液600mL。恒温水浴的设定温度为30℃。电磁继电器控制的超声模式如下：60s为一个循环周期，超声时间为20s，无超声时间为40s，直到电渗析操作结束。测定及计算的电渗析过程参数如下：平均电流密度为18.15mAcm^-2，膜堆电阻为24.82Ω，膜通量为1.66mol·m^-2·h^-1，单位膜通量能耗为3.88kwh·kg^-1/mol·m^-2·h^-1。

Claims (10)

1.一种带有超声功能的电渗析器，所述的电渗析器包括：电极板(4)、离子交换膜(6)、隔板(5)和直流稳压电源(7)；

所述的电极板(4)包括：主体支撑材料(4-1)、电极材料(4-2)、电极板内侧面支撑网(4-3)和膜堆料液进口螺栓(4-4)；

所述的隔板(5)包括：隔板的主体支撑材料(5-1)；

其特征在于，

所述的电渗析器还包括一超声波发生系统，用于对电渗析液混合，抑制、延缓离子交换膜的污染；所述的超声波发生系统包括：超声波发生器(2)和超声波换能器(3)。

2.根据根据权利要求1所述的带有超声功能的电渗析器，其特征在于，所述的超声波发生系统还包括定时器(1)。

3.根据权利要求1所述的带有超声功能的电渗析器，其特征在于，所述的超声波换能器(3)置于电极板的支撑材料(4-1)的圆柱形孔洞内，安装在电极材料(4-2)的外侧。

4.根据权利要求1所述的带有超声功能的电渗析器，其特征在于，所述的电渗析器的电极材料(4-2)为非均匀金属板材料，则在其外侧还设置一层均匀金属板(4-5)，所述的超声波换能器(3)置于金属板(4-5)上。

5.根据权利要求1所述的带有超声功能的电渗析器，其特征在于，所述的隔板(5)还包括金属壳(5-3)，所述的超声波换能器(3)设置在该金属壳(5-3)中，并将金属壳(5-3)安装在隔板(5)中。

6.根据权利要求1所述的电渗析器，其特征在于，所述的超声波换能器(3)的导体裸露处和压电陶瓷片处通过涂覆防水胶，直接安装于隔板(5)内，超声波换能器(3)的连接导线通过隔板(5)侧面的孔引出。

7.根据权利要求1所述的带有超声功能的电渗析器，其特征在于，所述的超声波换能器(3)上还安装有变幅杆(3-4)，该变幅杆(3-4)形状为：棒形、锥形、阶梯形、圆台形、指数形、悬链形或高斯形。

8.根据权利要求7所述的带有超声功能的电渗析器，其特征在于，所述的变幅杆(3-4)设置在电极材料(4-2)和电极板内侧面支撑网(4-3)之间，或该变幅杆(3-4)设置在隔板的主体支撑材料(5-1)上。

9.根据权利要求7所述的带有超声功能的电渗析器，其特征在于，所述的变幅杆(3-4)与支撑材料(4-1)的接触面、变幅杆(3-4)与电极板的主体支撑材料(5-1)的接触面，超声波换能器(3)的连接导线与隔板的主体支撑材料(5-1)的接触面以及金属壳(5-3)与隔板的主体支撑材料(5-1)的接触面都进行密封处理，以防止膜堆的溶液泄漏。

10.根据权利要求7所述的带有超声功能的电渗析器，其特征在于，所述的金属板(4-5)、隔板(5)、金属壳(5-3)和变幅杆(3-4)采用耐腐蚀、有韧性和耐强度的金属材料。

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