CN103706251B - 以电敏凝胶为汲取物质应用于正渗透工艺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以电敏凝胶为汲取物质应用于正渗透工艺的方法，属于环境工程领域，以透明质酸/聚乙烯醇水凝胶作为正渗透工艺中的汲取物质。本发明利用冻融法将聚乙烯醇与透明质酸相交联以形成电敏性透明质酸/聚乙烯醇水凝胶，并将所得的电敏水凝胶作为正渗透工艺的汲取物质。此外，本发明还在正渗透运行过程中附加电场以促进水凝胶消溶胀，进而提高膜两端的渗透压差，最终达到提高正渗透水通量的目的。以透明质酸/聚乙烯醇水凝胶作为汲取物质不存在反向盐通量以及稀释内浓差极化的问题，同时还简化了汲取物质与纯水的分离过程，可促进正渗透膜分离技术的更广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于环境工程领域，涉及到一种以电敏凝胶为汲取物质应用于正渗透工艺的方法。
背景技术
水是自然界普遍存在的物质之一，没有水就没有生命。水对于人类的生存和发展来说是一种不可缺少的重要物质，是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是人类环境的重要的组成部分。因此，水环境不断恶化、水资源短缺已成为世人所关注的全球性问题。保护水资源更是我国的当务之急。直接将污水回收处理并得到纯净的水是解决水资源短缺。膜分离技术由于具有可常温操作、无相态变、选择性好、能耗低等优点，故已广泛地应用于各种领域以进行污水的处理与回收。
正渗透技术是以半透膜作为分离介质、渗透压差作为驱动力的膜分离过程。这就意味着，在正渗透过程中无需施加外力即可运行，具有低能耗的优点。此外，正渗透技术对大多数的污染物具有较高的截留率。与需要外界压力驱动的膜工艺相比，正渗透技术还具有低膜污染的优点。因此，近年来正渗透技术得到了国内外各个领域的广泛重视，其应用范围也逐渐涉及到工业生产和日常生活的各方各面。实验表明，正渗透技术在海水淡化，废水处理等方面均有较好的效果。然而，反向盐通量、浓差极化以及后期汲取溶液与水分离时所存在的过程繁琐等缺点限制了正渗透技术的应用与发展。因此，为了优化正渗透技术的性能，近年来已有许多研究致力于高性能正渗透膜的开发以及正渗透技术中汲取物质的选择。
汲取物质的选择对于提高正渗透工艺的性能有着重大的影响。理想的汲取物质应具有如下优点：（1）具有较高的渗透压；（2）可循环使用；（3）通过加热加压等方法即可实现水的回收。传统的汲取溶液主要为NaCl溶液,它具有高溶解性，可循环使用，无结垢现象等优点。但也存在着较难分离的缺点，在实际应用中存在着一定的不足。随着研究的发展，出现了各种新型的汲取物质，如使用二价盐配制的溶液、聚电解质以及将一定比例的NH3和CO2溶于水所得的溶液等。虽然汲取物质的发展已取得了很大的进步，但是，使用上述汲取物质时，正渗透过程中存在的反向盐通量是不可忽视的。以水凝胶作为汲取物质则很好的解决了这一问题，为正渗透技术的发展开辟了一条新道路。
水凝胶为聚合链通过物理或化学交联后所形成的的三维网状结构聚合物，大量的亲水性基团使其能够吸附大量水分。而智能性水凝胶在外界刺激,如电、温度、pH、磁、力、光、离子等作用下能发生可逆的形变与收缩。吸水溶胀后的智能性水凝胶在适当的外界刺激下发生消溶胀释水，水的回收方便简捷。与此同时，具有高渗透压的水凝胶可以在正渗透过程中提供高驱动力，进而产生高水通量。因此，以水凝胶作为汲取物质应用于正渗透中具有广阔的前景。而在众多刺激条件中，电场更容易施加、调控。因此，相对于其它敏感性水凝胶，电场敏感性水凝胶的应用具有一定的优势。
发明内容
本发明提供了以电敏凝胶为汲取物质应用于正渗透工艺的方法。以透明质酸/聚乙烯醇水凝胶作为正渗透工艺的汲取物质，有效的解决了传统正渗透工艺中所存在的反向盐通量、稀释内浓差极化问题，并简化了汲取物质与水的分离过程，提高了正渗透工艺的性能。
实现本发明的技术方案是：
步骤1：配制混合溶液：质量百分比为2%的透明质酸水溶液与质量百分比为2%的聚乙烯醇水溶液等质量混合，得到混合溶液；
步骤2：冻融法制备电敏凝胶：以步骤1中所得的混合溶液为原料，利用冻融法合成透明质酸/聚乙烯醇水凝胶，即得电敏凝胶；其中，冻融次数可以选择3次、5次、7次或9次；
步骤3：在正渗透工艺中应用电敏凝胶：正渗透膜两端以去离子水为进料液，以步骤2所得透明质酸/聚乙烯醇水凝胶为正渗透工艺的汲取物质，在正渗透膜组件的两端施加一个额外的电场，正渗透过程持续24h；其中，施加电场的电压为0、3v、6v或9v。
其中进料液通过蠕动泵进入正渗透膜组件，蠕动泵的转速为160rpm；正渗透膜的支撑层朝向水凝胶；通过进料液质量的变化测定正渗透过程中的水通量。
本发明方法中以透明质酸/聚乙烯醇水凝胶作为正渗透工艺的汲取物质。与传统的汲取物质相比，不存在反向盐通量与稀释性内浓差极化。此外，由于透明质酸/聚乙烯醇水凝胶为电敏性水凝胶，故在电场的刺激作用下即可完成消溶胀释水，使得汲取物质与水的分离过程更加简便快捷。与此同时，当在正渗透工艺运行过程中附加一定额外电场时，电敏性水凝胶的消溶胀使得水凝胶的渗透压增大，进而增大了正渗透膜两侧的渗透压差，即正渗透工艺的驱动力，故最终能够有效地增大正渗透工艺的水通量，提高正渗透工艺的性能。因此，采用该方法能够有效地提高正渗透工艺的性能，可促进正渗透技术的更广泛应用。
具体实施方式
以下通过实验方案详细叙述本发明具体实施方式。
实施例1
步骤1.将一定质量分数的透明质酸溶液与聚乙烯醇溶液混合并剧烈搅拌，所得的混合液中透明质酸与聚乙烯醇的质量分数均为1%；
步骤2.利用冻融法处理步骤1所得混合液以得到透明质酸/聚乙烯醇水凝胶，冻融次数分别为3、5、7、9次；
步骤3.正渗透膜两端以去离子水为进料液，以步骤2所得透明质酸/聚乙烯醇水凝胶为正渗透工艺的汲取物质，正渗透过程持续24h。
其中进料液通过蠕动泵进入正渗透膜组件，蠕动泵的转速为160rpm；正渗透膜的支撑层朝向水凝胶；通过进料液质量的变化测定正渗透过程中的水通量。
当冻融次数为3次时，所得到的水凝胶的机械强度不足以满足实验要求；当以冻融次数为5、7、9次的水凝胶为汲取物质时，正渗透过程的初始水通量分别为1.24、0.91、0.9LMH；运行24h的总过水量分别为17.83、12.47、11.34L/m2。
实施例2
步骤1.将一定质量分数的透明质酸溶液与聚乙烯醇溶液混合并剧烈搅拌，所得的混合液中透明质酸与聚乙烯醇的质量分数均为1%；
步骤2.利用冻融法处理步骤1所得混合液以得到透明质酸/聚乙烯醇水凝胶，冻融次数为5次；
步骤3.正渗透膜两端以去离子水为进料液，以步骤2所得透明质酸/聚乙烯醇水凝胶为正渗透工艺的汲取物质，正渗透过程持续24h并在运行期间在膜组件上附加一个额外的电场，电压分别为3、6、9v。
其中进料液通过蠕动泵进入正渗透膜组件，蠕动泵的转速为160rpm；正渗透膜的支撑层朝向水凝胶；通过进料液质量的变化测定正渗透过程中的水通量。
当附加电压为3、6、9v时，正渗透过程的初始水通量分别为1.2、1.52、1.82LMH,运行24h的总过水量分别为20.9、26.01、26.47L/m2。
Claims (2)
1.一种以电敏凝胶为汲取物质应用于正渗透工艺的方法，其特征在于以下步骤：
步骤1：配制混合溶液：质量百分比为2％的透明质酸水溶液与质量百分比为2％的聚乙烯醇水溶液等质量混合，即得混合溶液；
步骤2：冻融法制备电敏凝胶：以步骤1中所得的混合溶液为原料，利用冻融法合成透明质酸/聚乙烯醇水凝胶，即为电敏凝胶；所述的冻融次数为3次、5次、7次或9次；
步骤3：电敏凝胶在正渗透工艺中的应用：正渗透膜两端以去离子水为进料液，以步骤2所得透明质酸/聚乙烯醇水凝胶为正渗透工艺的汲取物质，在正渗透膜组件的两端施加电场；施加电场的电压为0、3v、6v或9v；正渗透膜的支撑层朝向电敏凝胶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中利用转速为160rpm的蠕动泵使进料液进入正渗透膜组件。
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