CN106334450B - 一种支撑液膜电渗析富集有机酸稀溶液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对传统电渗析技术富集有机酸稀溶液的方法存在水的电渗量较大、选择性不高的不足,采用三正辛胺的二甲苯溶液附着到聚二甲基硅氧烷薄膜制得阴离子支撑液膜,采用二(2‑乙基己基)磷酸酯的加氢煤油溶液附着到微孔聚丙烯膜制得阳离子支撑液膜,将上述两种支撑液膜替代传统固体膜用于电渗析富集有机酸稀溶液的过程,具有传质速率高和电效率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于电渗析技术,尤其涉及一种支撑液膜电渗析富集有机酸稀溶液的方法。
背景技术
有机酸(包括甲酸、乙酸、丙酸)作为化学工业的主要原料被广泛使用,因此有机酸稀溶液的处理也成为目前环境稀溶液处理的一个主要问题。对于有机酸稀溶液的处理,一方面可以有效地减少环境污染,另一方面又可以回收有机酸实现资源的充分和有效利用。
电渗析是利用离子交换膜和直流电场的作用,从水溶液中分离出电解质组分的一种电化学分离过程。离子交换膜按离子的电荷性质可分为阳离子交换膜(阳膜)和阴离子交换膜(阴膜)两种。在电解质水溶液中,阳膜允许阳离子透过而排斥阻挡阴离子,阴膜允许阴离子透过而排斥阻挡阳离子,这就是离子交换膜的选择透过性。在电渗析过程中,离子交换膜不像离子交换树脂那样与水溶液中的某种离子发生交换,而只是对不同电性的离子起到选择性透过作用,即离子交换膜不需再生。电渗析的关键是离子交换膜,之前采用电渗析法富集有机酸稀溶液所使用的离子交换膜都是商业膜,缺乏针对性,因而存在着两个较为严重的不足,一是在电渗析过程中水的电渗量较大,造成浓缩液的浓度不高,所得到的回收液的利用价值下降,电流效率也相应减小;二是电渗析过程中的选择性不高,特别是对于有机酸稀溶液中多组分共存时,使得回收液的纯度下降。因此发展对有机酸稀溶液具有高浓缩效果和高选择性的电渗析膜,具有十分重要的意义。
20世纪70年代初由模拟生物膜传质功能发展起来的液膜分离技术是一种崭新的化工单元操作。相比于固体膜,液膜具有传质速率高、可筛选载体对特定离子进行选择性分离的优点,因此液膜技术的潜力巨大。液膜分为大块液膜、乳化液膜和支撑液膜。支撑液膜(SLM)是依靠微孔塑料薄膜(支撑体)中微孔的毛细管作用将含萃取剂(载体)的有机溶液吸附在支撑体上,具有厚度相对较小、传质阻力小的特点。在电渗析技术中用支撑液膜替代固体液膜就构成了支撑液膜电渗析技术。本发明将展示一种支撑液膜电渗析富集有机酸稀溶液的方法。
发明内容
为解决传统电渗析技术富集有机酸稀溶液方法存在的不足,本发明用支撑液膜替代固体膜用于电渗析技术构成了支撑液膜电渗析技术,将该技术用于有机酸稀溶液的富集具有传质速率高、电效率高的优点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种支撑液膜电渗析富集有机酸稀溶液的方法,其特征在于:电渗析器是一个长方体容器,左侧壁面是与直流电源负极相连接的电极板称为阴极板,右侧壁面是与直流电源正极相连接的电极板称为阳极板,电渗析器内部设置有两张支撑液膜,左侧的支撑液膜为阳离子支撑液膜,右侧的支撑液膜为阴离子支撑液膜,两张支撑液膜将电渗析器内部分隔成三个腔,从左到右依次为左侧浓室、淡室和右侧浓室,工作时,有机酸稀溶液从电渗析器的上端分成三股分别进入到左侧浓室、淡室和右侧浓室,在电场的作用下淡室中的有机酸根离子向右运动透过阴离子支撑液膜到达右侧浓室,淡室中的氢离子向左运动透过阳离子支撑液膜到达左侧浓室,左侧浓室和右侧浓室的液体从电渗析器的下端流出合并后得到浓缩液,淡室内的液体从电渗析器的下端流出得到淡化液。
作为改进,所述的有机酸为甲酸或乙酸或丙酸。
作为改进,所述的有机酸稀溶液的质量浓度为0.1%~5%。
作为改进,所述的阴离子支撑液膜由三正辛胺溶解于二甲苯得到的三正辛胺溶液附着到聚二甲基硅氧烷薄膜制得,使用前要用质量分数为5~15%的盐酸浸泡12小时。
作为改进,所述的三正辛胺溶液中三正辛胺的质量分数为5~10%。
再改进,所述的阳离子支撑液膜由二(2-乙基己基)磷酸酯溶解于加氢煤油得到的二(2-乙基己基)磷酸酯溶液附着到微孔聚丙烯膜制得。
进一步改进,所述的二(2-乙基己基)磷酸酯溶液中二(2-乙基己基)磷酸酯的质量分数为3~18%。
与现有技术相比,本发明的优点在于:1、相比于固体膜电渗析富集有机酸稀溶液,传质效率更高;2、由于液膜稀释剂的排阻效应,电渗水量会更小,电流效率更高;3、由于优选过的液膜载体对有机酸具有选择性的传输能力,有机酸与其他杂质之间的分离度更高。
附图说明
图1是本发明的支撑液膜电渗析富集有机酸稀溶液的原理示意图。
1-阴极板,2-左侧浓室,3-阳离子支撑液膜,4-淡室,5-阴离子支撑液膜,6-右侧浓室,7-阳极板,HA-有机酸,H+-氢离子,A--有机酸根离子,HP-二(2-乙基己基)磷酸酯(俗称P204),P--二(2-乙基己基)磷酸酯离子,R-正辛基,R3NH+-质子化的三正辛胺离子,R3NHA-三正辛胺有机酸络合物。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示,电渗析器是一个长方体容器,左侧壁面是与直流电源负极相连接的电极板称为阴极板(1),右侧壁面是与直流电源正极相连接的电极板称为阳极板(7),电渗析器内部设置有两张支撑液膜,左侧的支撑液膜为阳离子支撑液膜(3),右侧的支撑液膜为阴离子支撑液膜(5)。阴离子支撑液膜(5)由三正辛胺溶解于二甲苯得到质量分数为5%的三正辛胺溶液附着到聚二甲基硅氧烷薄膜制得,使用前要用质量分数为5%的盐酸浸泡12小时;阳离子支撑液膜(3)由二(2-乙基己基)磷酸酯溶解于加氢煤油得到的质量分数为3%的二(2-乙基己基)磷酸酯溶液附着到微孔聚丙烯膜制得。两张支撑液膜将电渗析器内部分隔成三个腔,从左到右依次为左侧浓室(2)、淡室(4)和右侧浓室(6)。工作时,质量浓度为0.1%的甲酸稀溶液从电渗析器的上端分成三股分别进入到左侧浓室(2)、淡室(4)和右侧浓室(6)。在电场的作用下,淡室(4)中的甲酸根离子(A-)迁移到淡室(4)和阴离子支撑液膜(5)的界面,并与质子化的三正辛胺离子(R3NH+)发生如下反应:
(a)
在阴离子支撑液膜(5)内,三正辛胺甲酸络合物(R3NHA)在浓度梯度的作用下,从左向右扩散,在阴离子支撑液膜(5)和右侧浓室(6)的界面发生a的逆过程;质子化的三正辛胺离子(R3NH+)在浓度梯度的作用下从右向左扩散。通过上述过程使得淡室(4)中的甲酸根离子(A-)向右运动透过阴离子支撑液膜(5)到达右侧浓室(6)。在电场的作用下,淡室(4)中的氢离子(H+)迁移到淡室(4)和阳离子支撑液膜(3)的界面,并与二(2-乙基己基)磷酸酯离子(P-)发生如下反应:
(b)
在阳离子支撑液膜(3)内二(2-乙基己基)磷酸酯(HP)在浓度梯度的作用下从右向左扩散,在阳离子支撑液膜(3)和左侧浓室(2)的界面发生b的逆过程,二(2-乙基己基)磷酸酯离子(P-)在浓度梯度的作用下,从左向右扩散。通过上述过程使得淡室(4)中的氢离子(H+)向左运动透过阳离子支撑液膜(3)到达左侧浓室(2)。左侧浓室(2)和右侧浓室(6)的液体从电渗析器的下端流出合并后得到甲酸质量浓度为8%的浓缩液;淡室(4)的液体从电渗析器的下端流出即得到甲酸质量浓度为0.01%的淡化液。
实施例2
如图1所示,电渗析器是一个长方体容器,左侧壁面是与直流电源负极相连接的电极板称为阴极板(1),右侧壁面是与直流电源正极相连接的电极板称为阳极板(7),电渗析器内部设置有两张支撑液膜,左侧的支撑液膜为阳离子支撑液膜(3),右侧的支撑液膜为阴离子支撑液膜(5)。阴离子支撑液膜(5)由三正辛胺溶解于二甲苯得到质量分数为10%的三正辛胺溶液附着到聚二甲基硅氧烷薄膜制得,使用前要用质量分数为15%的盐酸浸泡12小时;阳离子支撑液膜(3)由二(2-乙基己基)磷酸酯溶解于加氢煤油得到的质量分数为18%的二(2-乙基己基)磷酸酯溶液附着到微孔聚丙烯膜制得。两张支撑液膜将电渗析器内部分隔成三个腔,从左到右依次为左侧浓室(2)、淡室(4)和右侧浓室(6)。工作时,质量浓度为5%的乙酸稀溶液从电渗析器的上端分成三股分别进入到左侧浓室(2)、淡室(4)和右侧浓室(6)。在电场的作用下,淡室(4)中的乙酸根离子(A-)迁移到淡室(4)和阴离子支撑液膜(5)的界面,并与质子化的三正辛胺离子(R3NH+)发生如下反应:
(a)
在阴离子支撑液膜(5)内,三正辛胺乙酸络合物(R3NHA)在浓度梯度的作用下,从左向右扩散,在阴离子支撑液膜(5)和右侧浓室(6)的界面发生a的逆过程;质子化的三正辛胺离子(R3NH+)在浓度梯度的作用下从右向左扩散。通过上述过程使得淡室(4)中的乙酸根离子(A-)向右运动透过阴离子支撑液膜(5)到达右侧浓室(6)。在电场的作用下,淡室(4)中的氢离子(H+)迁移到淡室(4)和阳离子支撑液膜(3)的界面,并与二(2-乙基己基)磷酸酯离子(P-)发生如下反应:
(b)
在阳离子支撑液膜(3)内二(2-乙基己基)磷酸酯(HP)在浓度梯度的作用下从右向左扩散,在阳离子支撑液膜(3)和左侧浓室(2)的界面发生b的逆过程,二(2-乙基己基)磷酸酯离子(P-)在浓度梯度的作用下,从左向右扩散。通过上述过程使得淡室(4)中的氢离子(H+)向左运动透过阳离子支撑液膜(3)到达左侧浓室(2)。左侧浓室(2)和右侧浓室(6)的液体从电渗析器的下端流出合并后得到乙酸质量浓度为35%的浓缩液;淡室(4)的液体从电渗析器的下端流出即得到乙酸质量浓度为0.5%的淡化液。
实施例3
如图1所示,电渗析器是一个长方体容器,左侧壁面是与直流电源负极相连接的电极板称为阴极板(1),右侧壁面是与直流电源正极相连接的电极板称为阳极板(7),电渗析器内部设置有两张支撑液膜,左侧的支撑液膜为阳离子支撑液膜(3),右侧的支撑液膜为阴离子支撑液膜(5)。阴离子支撑液膜(5)由三正辛胺溶解于二甲苯得到质量分数为7%的三正辛胺溶液附着到聚二甲基硅氧烷薄膜制得,使用前要用质量分数为10%的盐酸浸泡12小时;阳离子支撑液膜(3)由二(2-乙基己基)磷酸酯溶解于加氢煤油得到的质量分数为10%的二(2-乙基己基)磷酸酯溶液附着到微孔聚丙烯膜制得。两张支撑液膜将电渗析器内部分隔成三个腔,从左到右依次为左侧浓室(2)、淡室(4)和右侧浓室(6)。工作时,质量浓度为3%的丙酸稀溶液从电渗析器的上端分成三股分别进入到左侧浓室(2)、淡室(4)和右侧浓室(6)。在电场的作用下,淡室(4)中的丙酸根离子(A-)迁移到淡室(4)和阴离子支撑液膜(5)的界面,并与质子化的三正辛胺离子(R3NH+)发生如下反应:
(a)
在阴离子支撑液膜(5)内,三正辛胺乙酸络合物(R3NHA)在浓度梯度的作用下,从左向右扩散,在阴离子支撑液膜(5)和右侧浓室(6)的界面发生a的逆过程;质子化的三正辛胺离子(R3NH+)在浓度梯度的作用下从右向左扩散。通过上述过程使得淡室(4)中的丙酸根离子(A-)向右运动透过阴离子支撑液膜(5)到达右侧浓室(6)。在电场的作用下,淡室(4)中的氢离子(H+)迁移到淡室(4)和阳离子支撑液膜(3)的界面,并与二(2-乙基己基)磷酸酯离子(P-)发生如下反应:
(b)
在阳离子支撑液膜(3)内二(2-乙基己基)磷酸酯(HP)在浓度梯度的作用下从右向左扩散,在阳离子支撑液膜(3)和左侧浓室(2)的界面发生b的逆过程,二(2-乙基己基)磷酸酯离子(P-)在浓度梯度的作用下,从左向右扩散。通过上述过程使得淡室(4)中的氢离子(H+)向左运动透过阳离子支撑液膜(3)到达左侧浓室(2)。左侧浓室(2)和右侧浓室(6)的液体从电渗析器的下端流出合并后得到丙酸质量浓度为30%的浓缩液;淡室(4)的液体从电渗析器的下端流出即得到乙酸质量浓度为0.4%的淡化液。
Claims (5)
1.一种支撑液膜电渗析富集有机酸稀溶液的方法,其特征在于:电渗析器是一个长方体容器,左侧壁面是与直流电源负极相连接的电极板称为阴极板,右侧壁面是与直流电源正极相连接的电极板称为阳极板,电渗析器内部设置有两张支撑液膜,左侧的支撑液膜为阳离子支撑液膜,右侧的支撑液膜为阴离子支撑液膜,两张支撑液膜将电渗析器内部分隔成三个腔,从左到右依次为左侧浓室、淡室和右侧浓室,工作时,有机酸稀溶液从电渗析器的上端分成三股分别进入到左侧浓室、淡室和右侧浓室,所述的有机酸为甲酸或乙酸或丙酸;在电场的作用下淡室中的有机酸根离子向右运动透过阴离子支撑液膜到达右侧浓室,淡室中的氢离子向左运动透过阳离子支撑液膜到达左侧浓室,左侧浓室和右侧浓室的液体从电渗析器的下端流出合并后得到浓缩液,淡室内的液体从电渗析器的下端流出得到淡化液;所述的阴离子支撑液膜由三正辛胺溶解于二甲苯得到的三正辛胺溶液附着到聚二甲基硅氧烷薄膜制得,使用前要用质量分数为5~15%的盐酸浸泡12小时。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的有机酸稀溶液的质量浓度为0.1%~5%。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的三正辛胺溶液的中三正辛胺的质量分数为5~10%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的阳离子支撑液膜由二(2-乙基己基)磷酸酯溶解于加氢煤油得到的二(2-乙基己基)磷酸酯溶液附着到微孔聚丙烯膜制得。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于所述的二(2-乙基己基)磷酸酯溶液中二(2-乙基己基)磷酸酯的质量分数为3~18%。
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