CN106186190A - 一种高效环保的海水淡化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效环保的海水淡化处理工艺，包括以下步骤：首先将原水加热后通过正渗透膜的一侧，柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液流入正渗透膜的另一侧，通过渗透作用完成海水淡化处理，得到稀释的汲取液；然后对稀释后的汲取液进行浓缩再利用。本发明公开的海水淡化处理工艺，效率高，成本低，膜污染小，经济环保。

Description

一种高效环保的海水淡化处理工艺
技术领域：
本发明涉及水处理领域，具体的涉及一种高效环保的海水淡化处理工艺。
背景技术：
人口的快速增长以及化石燃料的消耗使得水和能源成为世界上最重要的2种资源。水短缺和能源危机困扰着世界上的许多地区，据报道世界上超过12亿人缺乏干净健康的饮用水，严重地制约着经济的发展、社会的进步以及人民生活水平的提高。淡水存在于江河湖泊、高山积雪和冰川、地下土壤岩石及大气当中，然而淡水占水资源的比例很小，地球表面总水量的97.3％为海水，淡水资源的日益紧张使得越来越多的国家和地区大力发展海水淡化技术，向海洋要淡水。海水淡化技术发展很快，从早期的蒸馏法、溶剂萃取法到近期的膜法都取得了很大的成就，但它们高能耗、设备投资大等缺点使越来越多的研究者寻求新的更高效、节能的海水淡化技术。近期有关学者提出了正渗透膜技术，使用该技术进行海水脱盐，能耗可降低至0.84kWh/m3，比反渗透法低72.1％，正渗透技术不需外压、节能的突出优点，被认为是海水淡化的一种新型脱盐技术，有不可替代的优势。
在正渗透过程中，水在渗透压作用下，从低渗透压侧扩散至高渗透压侧溶液中，即从纯水一侧渗入浓盐水一侧，其基本原理是在纯水一侧加入某种溶质，制成汲取液或驱动液，利用其产生的高于盐水的渗透压，使盐水中的水通过膜进入汲取液中，然后将汲取液与水分离，得到净水。我国的海水淡化技术还处于发展时期，对正向渗透技术在海水淡化领域的关注还很少，技术尚不是很成熟。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高效环保的海水淡化处理工艺，该处理工艺效率高，膜污染小，正渗透汲取液利用率高，经济环保。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高效环保的海水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)将原水加热后通过正渗透膜的一侧，柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液流入正渗透膜的另一侧，通过渗透作用完成海水淡化处理，得到稀释的汲取液；
(2)将步骤(1)得到的稀释后的汲取液进行加热，加热到50-100℃后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为10-30℃的冷凝水，稀释后的汲取液和冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液，重新应用于海水淡化处理。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述正渗透膜为氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜。
作为上述技术方案的优选，所述氧化石墨烯/醋酸纤维素正渗透膜中，氧化石墨烯的含量为0.15wt％。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液是由柠檬酸改性磁性纳米粒子和蒸馏水组成，所述柠檬酸钠改性磁性纳米粒子是利用柠檬酸钠对四氧化三铁磁性纳米粒子进行修饰得到的。
作为上述技术方案的优选，所述柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液的制备方法包括以下步骤：
a)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2000-3000转/分的状态下搅拌30-60min，然后加热至70-90℃，持续搅拌2-6h，自然冷却至室温，然后在5000-7000rpm下，离心10-20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空条件下烘干，得到四氧化三铁磁性纳米粒子；
b)向步骤a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至80-100℃剧烈搅拌1-2h，然后在5000-8000rpm下离心10-20min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子；
c)将步骤b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在500-1000W的功率下超声30-50min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液。
作为上述技术方案的优选，步骤a)中，所述氯化铁和氯化亚铁的物质的量比为1：(2-4)。
作为上述技术方案的优选，步骤a)中，所述真空烘干的条件为：-16～-18℃下，干燥12-18h。
作为上述技术方案的优选，步骤b)中，所述剧烈搅拌的转速为8000-10000rpm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用氧化石墨烯/醋酸纤维素膜作为正渗透膜，其耐污染性能好，选择渗透性好；
另一方面本发明采用的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液的渗透压高、与水分离再生容易，稳定性好，可以重复利用，有效提高了海水淡化的效率，降低了成本。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种高效环保的海水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液的制备
a)将氯化铁和氯化亚铁以物质的量比为1:2分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2000转/分的状态下搅拌30min，然后加热至70℃，持续搅拌2h，自然冷却至室温，然后在5000rpm下，离心10min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空-16～-18℃下，干燥12h，得到四氧化三铁磁性纳米粒子；
b)向步骤a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至80℃，在8000rpm下搅拌1h，然后在5000rpm下离心10min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子；
c)将步骤b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在500W的功率下超声30min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液；
(2)海水淡化处理：
将原水加热后通过氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的一侧，柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液流入氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的另一侧，通过渗透作用完成海水淡化处理，得到稀释的汲取液；
(3)汲取液的回收
将步骤(2)得到的稀释后的汲取液进行加热，加热到50℃后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为10℃的冷凝水，稀释后的汲取液和冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液，重新应用于海水淡化处理。
实施例2
一种高效环保的海水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液的制备
a)将氯化铁和氯化亚铁分别以物质的量比为1:4溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，3000转/分的状态下搅拌60min，然后加热至90℃，持续搅拌6h，自然冷却至室温，然后在7000rpm下，离心20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空-16～-18℃下，干燥18h，得到四氧化三铁磁性纳米粒子；
b)向步骤a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至100℃，在10000rpm下搅拌2h，然后在8000rpm下离心20min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子；
c)将步骤b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在1000W的功率下超声50min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液；
(2)海水淡化处理：
将原水加热后通过氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的一侧，柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液流入氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的另一侧，通过渗透作用完成海水淡化处理，得到稀释的汲取液；
(3)汲取液的回收
将步骤(2)得到的稀释后的汲取液进行加热，加热到100℃后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为30℃的冷凝水，稀释后的汲取液和冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液，重新应用于海水淡化处理。
实施例3
一种高效环保的海水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液的制备
a)将氯化铁和氯化亚铁分别以物质的量比为1:2.5溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2500转/分的状态下搅拌40min，然后加热至75℃，持续搅拌3h，自然冷却至室温，然后在5500rpm下，离心15min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空-16～-18℃下，干燥14h，得到四氧化三铁磁性纳米粒子；
b)向步骤a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至85℃，在8500rpm下搅拌1.2h，然后在6000rpm下离心10min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子；
c)将步骤b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在600W的功率下超声35min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液；
(2)海水淡化处理：
将原水加热后通过氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的一侧，柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液流入氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的另一侧，通过渗透作用完成海水淡化处理，得到稀释的汲取液；
(3)汲取液的回收
将步骤(2)得到的稀释后的汲取液进行加热，加热到60℃后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为15℃的冷凝水，稀释后的汲取液和冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液，重新应用于海水淡化处理。
实施例4
一种高效环保的海水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液的制备
a)将氯化铁和氯化亚铁分别以物质的量比为1:3溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2000转/分的状态下搅拌40min，然后加热至80℃，持续搅拌4h，自然冷却至室温，然后在6000rpm下，离心20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空-16～-18℃下，干燥16h，得到四氧化三铁磁性纳米粒子；
b)向步骤a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至90℃，在9000rpm下搅拌1.4h，然后在7000rpm下离心10min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子；
c)将步骤b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在700W的功率下超声40min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液；
(2)海水淡化处理：
将原水加热后通过氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的一侧，柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液流入氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的另一侧，通过渗透作用完成海水淡化处理，得到稀释的汲取液；
(3)汲取液的回收：
将步骤(2)得到的稀释后的汲取液进行加热，加热到70℃后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为20℃的冷凝水，稀释后的汲取液和冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液，重新应用于海水淡化处理。
实施例5
一种高效环保的海水淡化处理工艺，包括以下步骤：
(1)柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液的制备
a)将氯化铁和氯化亚铁分别以物质的量比为1：3.5溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，3000转/分的状态下搅拌55min，然后加热至85℃，持续搅拌5h，自然冷却至室温，然后在6500rpm下，离心20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空-16～-18℃下，干燥17h，得到四氧化三铁磁性纳米粒子；
b)向步骤a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至95℃，在9500rpm下搅拌1.6h，然后在7500rpm下离心20min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子；
c)将步骤b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在800W的功率下超声45min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液；
(2)海水淡化处理：
将原水加热后通过氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的一侧，柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液流入氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜的另一侧，通过渗透作用完成海水淡化处理，得到稀释的汲取液；
(3)汲取液的回收：
将步骤(2)得到的稀释后的汲取液进行加热，加热到80℃后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为30℃的冷凝水，稀释后的汲取液和冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液，重新应用于海水淡化处理。

Claims (8)

1.一种高效环保的海水淡化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原水加热后通过正渗透膜的一侧，柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液流入正渗透膜的另一侧，通过渗透作用完成海水淡化处理，得到稀释的汲取液；
(2)将步骤(1)得到的稀释后的汲取液进行加热，加热到50-100℃后，通入到渗透汽化组件的料液侧，同时在渗透汽化组件的蒸汽冷凝侧通入温度为10-30℃的冷凝水，稀释后的汲取液和冷凝水在渗透汽化膜两侧形成错流，得到浓缩后的汲取液，重新应用于海水淡化处理。
2.如权利要求1所述的一种高效环保的海水淡化处理工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述正渗透膜为氧化石墨烯/醋酸纤维素复合正渗透膜。
3.如权利要求2所述的一种高效环保的海水淡化处理工艺，其特征在于：所述氧化石墨烯/醋酸纤维素正渗透膜中，氧化石墨烯的含量为0.15wt％。
4.如权利要求1所述的一种高效环保的海水淡化处理工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液是由柠檬酸改性磁性纳米粒子和蒸馏水组成，所述柠檬酸钠改性磁性纳米粒子是利用柠檬酸钠对四氧化三铁磁性纳米粒子进行修饰得到的。
5.如权利要求4所述的一种高效环保的海水淡化处理工艺，其特征在于，所述柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液的制备方法包括以下步骤：
a)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于100ml蒸馏水中，然后滴加到氢氧化钠溶液中，在惰性气体保护下，2000-3000转/分的状态下搅拌30-60min，然后加热至70-90℃，持续搅拌2-6h，自然冷却至室温，然后在5000-7000rpm下，离心10-20min，得到的沉淀洗涤至中性，在真空条件下烘干，得到四氧化三铁磁性纳米粒子；
b)向步骤a)制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至80-100℃剧烈搅拌1-2h，然后在5000-8000rpm下离心10-20min，得到的沉淀洗涤后再次离心，如此重复2-5次，最后将离心后的沉淀在真空条件下烘干，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子；
c)将步骤b)制得的柠檬酸钠改性磁性纳米粒子与蒸馏水混合搅拌均匀，在500-1000W的功率下超声30-50min，得到柠檬酸钠改性磁性纳米粒子汲取液。
6.如权利要求5所述的一种高效环保的海水淡化处理工艺，其特征在于：步骤a)中，所述氯化铁和氯化亚铁的物质的量比为1：(2-4)。
7.如权利要求5所述的一种高效环保的海水淡化处理工艺，其特征在于：步骤a)中，所述真空烘干的条件为：-16～-18℃下，干燥12-18h。
8.如权利要求5所述的一种高效环保的海水淡化处理工艺，其特征在于：步骤b)中，所述剧烈搅拌的转速为8000-10000rpm。
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