CN104445534B - 一种带pH调节的均相膜电渗析组器 - Google Patents

一种带pH调节的均相膜电渗析组器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电渗析装置，具体涉及到一种均相膜电渗析组器，本装置依次包括夹紧钢板，极液流道板，复合电极，膜堆，所述的膜堆由阴膜，弹性隔板、阳膜交替排列，构成液流隔开的浓水室和淡水室的组合，在所述的膜堆中，部分阴膜由双极膜取代，双极膜与阴膜的比例为1：5-20，所述的双极膜的阴膜面朝向阳极，双极膜的阳膜面朝向阴极，该发明提供了一种结构设计合理、具有防内外漏、防漏电、可调pH值的均相膜膜组器。

Description

一种带pH调节的均相膜电渗析组器
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及到一种带pH调节的均相膜电渗析组器。
背景技术
现电渗析(eletrodialysis，简称ED)技术是膜分离技术的一种，它将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐(淡化)和浓缩两个系统，在直流电场作用下，以电位差为动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
电渗析技术的研究始于德国，1903年，Morse和Pierce把2根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去；1924年,Pauli采用化工设计的原理，改进了Morse的实验装置，力图减轻极化，增加传质速率。但直到1950年Juda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜后，电渗析技术才进入了实用阶段，其中经历了三大革新：(1)具有选择性离子交换膜的应用；(2)设计出多隔室电渗析组件；(3)采用频繁倒极操作模式。
现在离子交换膜各方面的性能及电渗析装置结构等不断革新和改进，电渗析技术进入了一个新的发展阶段，其应用前景也更加广阔。
电渗析器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。阳膜只允许通过阳离子，阻止阴离子通过，阴膜只允许通过阴离子，阻止阳离子通过。在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移。由于电渗析器是由多层隔室组成，故淡室中阴阳离子迁移到相邻的浓室中去，从而使含盐水淡化。在食品及医药工业，电渗析可用于从有机溶液中去除电解质离子，在乳清脱盐、糖类脱盐和氨基酸精制中应用得都比较成功。
电渗析作为一种新兴的膜法分离技术，在天然水淡化，海水浓缩制盐，废水处理等方面起着重要的作用，已成为一种较为成熟的水处理方法。
在电渗析过程中同时发生的几种伴随过程，以膜的传质特性参数定量描述各个过程的强度。以水合离子形式迁移形成的电渗失水，不同膜相差不大。由浓差引起的电解质扩散系数和水的渗透系数相差很大。这些伴随过程降低了浓缩倍数和电流效率，且随着操作电流密度和膜两侧浓差的升高而加剧。与中、低浓度料液脱盐相比，浓缩对膜的传质特性参数要求更高，一般异相离子交换膜难以达到要求。
在氨基酸脱盐，为了调节等电点，需对物料进行pH调节，需另加酸碱到物料中。在浓缩或淡化强酸弱碱盐如氯化铵、硫酸铵，或弱酸强碱盐如醋酸钠、甲酸钠等时也需进行调节pH值以便能顺利进行电渗析浓缩或淡化脱盐。
但普通电渗析组器的一个共同点就是都无调节pH值的功能，需另加酸碱进行调节pH值，导致物料中增加了其他物料，消耗酸碱。
我们针对以上现状，在前人研究的基础上，针对电渗析膜组器的结构，进行了系列研究与开发，经过多方面试验研究，开发出了具有防内外漏、防漏电、可调pH值的均相膜膜组器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、具有防内外漏、防漏电、可调pH值的均相膜膜组器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种带pH调节的均相膜电渗析组器，本装置依次包括：夹紧钢板，极液流道板，复合电极，膜堆，所述的膜堆由阴膜，弹性隔板、阳膜交替排列，构成液流隔开的浓水室和淡水室的组合，其特征在于所述的膜堆中，部分阴膜由双极膜取代，双极膜与阴膜的比为1:5-20，所述的双极膜的阴膜面朝向阳极，双极膜的阳膜面朝向阴极。
优选地，所述的均相膜电渗析组器中的复合电极的制造方法为：用1-3毫米厚的纯钛或钛合金基板进行酸处理，再用电喷溅处理后电镀0.5-2微米厚的铂层进行底涂，再用镍钌铱钽钼复合氧化物进行涂层8次后而成。
优选地，所述的均相膜电渗析组器中的弹性隔板为耐酸碱的弹性隔板，其加工方法为选用直径为0.3-0.5mm增强PVC丝，把丝浸到四氟乙烯乳液中10-50分钟，再加热到120-170℃，加热时间为30-120分钟。把制成的四氟乙烯复合丝编制成网，网孔边长为2-6mm，角度为30-60度。
优选地，所述的均相膜电渗析组器中的离子交换膜以及均相阴阳膜的单张膜的尺寸为400*800mm或600*1200mm。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
1、由于在离子交换膜中加入一定比例的双极膜，以及采用权利要求2所述的高性能复合电极，解决了普通电渗析组器的无调节pH值的功能，需另加酸碱进行调节pH值，导致物料中增加了其他物料，消耗酸碱的问题。
2、由于采用在所述的均相膜电渗析组器中采用耐酸碱的弹性隔板，解决了目前双极膜装置料液室相互串漏、外漏、漏电的缺点。
3、本发明中，单张膜尺寸为400*800mm或600*1200mm，单个膜堆的有效膜面积可达50-300m2。进料流量可高达10-30t/h，pH值调节范围为2-12、电流密度300-1000A/cm2、膜表面流速3-15cm/s、进料压力为0.06-0.12MPa、其电流效率75-95％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的原理示意图。
标号说明：1、夹紧钢板；2、极液流道板；3、复合电极；4、膜堆；CM：阴极膜；AM：阳极膜；BM：双极膜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：
如图1或图2所示，选用2毫米厚的纯钛基板进行酸处理，再用电喷溅处理后电镀1微米厚的铂层进行底涂，再用镍钌铱钽钼复合氧化物进行涂层8次后成为复合电极3。采用了耐酸碱的弹性隔板，板心网格采用了四氟乙烯复合网，具体加工方法为选用直径为0.4mm增强PVC丝，把丝浸到四氟乙烯乳液中30分钟，再加热到150℃，加热时间为80分钟。把制成的四氟乙烯复合丝编制成网，网孔边长为3mm，角度为60度。在膜组器中加入1/10的双极膜来代替阴膜。双极膜阴膜面朝向阳极，也同时朝向需要pH调高的一侧料液；双极膜阳膜面朝向阴极，也同时朝向需要pH调低的一侧料液。
采用600*1200规格的膜，共300组，有效膜面积150平方，对等电点pH为8.5的一种氨基酸进行脱盐。进料流量15t/h，经膜组器pH值调节为8.5、电流密度500A/cm2、膜表面流速8cm/s、进料压力为0.06MPa、其电流效率85％。氨基酸物料损失率小于2％。
实施例2
如图1或图2所示，选用1毫米厚的纯钛基板进行酸处理，再用电喷溅处理后电镀2微米厚的铂层进行底涂，再用镍钌铱钽钼复合氧化物进行涂层8次后成为复合电极3。采用了耐酸碱的弹性隔板，板心网格采用了四氟乙烯复合网，具体加工方法为选用直径为0.5mm增强PVC丝，把丝浸到四氟乙烯乳液中40分钟，再加热到160℃，加热时间为90分钟。把制成的四氟乙烯复合丝编制成网，网孔边长为4mm，角度为45度。在膜组器中加入1/8的双极膜来代替阴膜。双极膜阴膜面朝向阳极，也同时朝向需要pH调高的一侧料液；双极膜阳膜面朝向阴极，也同时朝向需要pH调低的一侧料液。
采用600*1200规格的膜，共100组，有效膜面积50平方，对等电点pH为6.5的一种氨基酸进行脱盐。进料流量5t/h，经膜组器pH值调节为6.5、电流密度500A/cm2、膜表面流速7cm/s、进料压力为0.07MPa、其电流效率83％。氨基酸物料损失率小于3％。
实施例3
如图1或图2所示，选用3毫米厚的纯钛基板进行酸处理，再用电喷溅处理后电镀1.5微米厚的铂层进行底涂，再用镍钌铱钽钼复合氧化物进行涂层8次后成为复合电极3。采用了耐酸碱的弹性隔板，板心网格采用了四氟乙烯复合网，具体加工方法为选用直径为0.5mm增强PVC丝，把丝浸到四氟乙乳液中60分钟，再加热到160℃，加热时间为90分钟。把制成的四氟乙烯复合丝编制成网，网孔边长为4mm，角度为60度。在膜组器中加入1/20的双极膜来代替阴膜。双极膜阴膜面朝向阳极，也同时朝向需要pH调高的一侧料液；双极膜阳膜面朝向阴极，也同时朝向需要pH调低的一侧料液。
采用600*1200规格的膜，共200组，有效膜面积100平方，对等电点pH为7.5的一种氨基酸进行脱盐。进料流量10t/h，经膜组器pH值调节为7.5、电流密度300A/cm2、膜表面流速8cm/s、进料压力为0.07MPa、其电流效率85％。氨基酸物料损失率小于3％。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种带pH调节的均相膜电渗析组器，本装置依次包括：夹紧钢板（1），极液流道板（2），复合电极（3），膜堆（4），所述的膜堆（4）由阴膜，弹性隔板、阳膜交替排列，构成液流隔开的浓水室和淡水室的组合，其特征在于所述的膜堆（4）中，部分阴膜由双极膜取代，双极膜与阴膜的比例为1:5-20，所述的双极膜的阴膜面朝向阳极，双极膜的阳膜面朝向阴极；
所述的复合电极（3）的制造方法为：用1-3毫米厚的纯钛或钛合金基板进行草酸处理，再用电喷溅处理后电镀0.5-2微米厚的铂层进行底涂，再用镍钌铱钽钼复合氧化物进行涂层8次后形成；
其中，所述的弹性隔板（5）为耐酸碱的弹性隔板，其板心网格为四氟乙烯复合网，加工方法为选用直径为0.3-0.5mm增强PVC丝，把丝浸到四氟乙烯乳液中10-50分钟，再加热到120-170℃，加热时间为30-120分钟，把制成的四氟乙烯复合丝编制成网，网孔边长为2-6mm，角度为30-60度；所述的膜堆（4）中单张膜的尺寸为400*800mm或600*1200mm。
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