CN106731835A - 一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法 - Google Patents

一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法，该装置将自由流电泳技术与离子交换色谱结合，实现金属离子的高效连续去除。装置包括分离腔、吸附腔、电极系统等部分。本发明的优势在于：装置造价低、结构简单、易于组装、便于操作；分离腔体积大，料液处理量大；料液中金属离子可连续去除；且因其不直接流过树脂腔，不会造成二次污染。

Description

一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法
技术领域
本发明涉及自由流电泳分离技术领域，具体的说，是一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法。
背景技术
随着我国社会经济的不断发展，金属废水被大量排放到环境中，引起了水体和土壤的污染，严重威胁到人类的生命健康。目前，去除水中金属离子的传统方法主要有离子交换法、电解法、沉淀法等，这些方法虽然能达到一定的分离效果，但往往由于过程繁琐，易造成二次污染而使分离效果不够理想。
自由流电泳是半制备型分离技术，具有可连续分离、多种分离模式、无固体支持介质和分离条件温和等优势。自由流电泳是一种依据样品物质如生物粒子、分子、离子等荷质比实现分离的技术，与其它分离技术相比，其最大的优点就是对于样品分离的连续性。不同于色谱和凝胶电泳需要重复的上样，自由流电泳可以实现样品的连续分离，从而可以节省大量的时间。
中国专利201310000962.2基于自由流电泳技术，设计了一种分离贵液中贵金属的装置，在电极室内分别安装电极制造出彼此独立且存在差异的电场，从贵液中分离出贵金属离子，对贵液的初步分离效果可以使浓度提高60％，对资源的循环利用具有巨大的贡献；中国专利201610278032.7基于自由流电泳原理，依据不同带电物质在电场中迁移速率不同的特点，设计了一种藻蓝蛋白分离和富集装置，该装置能够对蛋白粗提液乃至藻蓝细胞破壁后的原浆直接进行富集，且多个分离和富集装置可以串联，逐级将藻蓝蛋白除杂富集纯化，使藻蓝蛋白的快速、高效的规模化制备成为可能。
中国专利201210019590.3利用场增强原理，设计了一种富集与分离污水中金属离子的装置。基于背景离子溶液的浓度远高于污水中金属离子的浓度，分离柱管两端施加高直流电压后，带正电的金属离子在分离柱管的迁移速度比污水区带中的迁移速度慢，从而导致金属离子在污水溶液区带和背景离子溶液的界面处堆积，增加了金属离子在离子交换分离介质中的浓度，相比于直接接触吸附，该富集方法所能吸附的金属离子浓度提高，从而使富集效率得到提高。基于自由流电泳和离子交换色谱原理，本发明提供了一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法，与中国专利201210019590.3中金属离子的富集分离为目的不同，本发明适用于料液中金属离子的去除，具有装置结构简单、操作方便等优势，能够实现料液中金属离子高效连续去除。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种连续去除料液中金属离子的装置，其包含分离腔，吸附腔和电极系统；电极系统包含阳极电极板和阴极电极板，上板为镂空的凹槽结构，凹槽内装配阳极电极板，中板为中心挖通的平板结构；上板，中板以及隔板一起构成分离腔，下板也为镂空的凹槽结构，凹槽内装配阴极电极板，下板与隔板一起构成吸附腔；吸附腔内装填树脂。
分离腔为长方体结构，长度为50-200cm，高度为4-10cm，宽度20-40cm，若需消除腔内的死角，应采用带圆弧的分离腔结构；中板挖通部分的长度为分离腔长度的1/3-2/3；上板和中板选用耐强碱的有机玻璃板材质，其厚度在4-50mm。
在上板的两侧分别开设进液孔和出液孔，其内径为5-30mm，数量分别为1-4个，料液的进样流速为1-1000mL/min。
隔板可以采用隔膜或是筛板，其孔径大小根据树脂材料的大小进行调整。
下板的凹槽截面与中板挖通部分截面大小相同，凹槽的深度为4-10cm；根据料液中金属离子种类的差异，可选用的树脂类型为阳离子交换树脂、大孔螯合树脂或是两者混合形式。
阳极电极板与电源正极相连，要采用惰性电极，如石墨或铂金，阴极电极板与电源负极相连，可以采用惰性电极或金属电极；阳极电极板和阴极电极板的位置对称，它们的尺寸依据下板的凹槽大小而定；阳极电极板和阴极电极板两端所施加的高压直流电源范围为20-2000V。
在上板的左右两侧分别开设若干进液孔和出液孔，用于料液的进出。
下板为镂空的凹槽结构，与隔板一起构成吸附腔，其中装填离子交换树脂，用于金属离子的捕获。
阳极电极板和阴极电极板分别通过螺孔固定在分离腔的上表面和吸附腔的下底面，并与电源连接提供分离所需的电场。将下板、隔板、中板以及上板从下至上依次组合，并保证整套装置的密封性良好。
使用过程中，料液从上板的进液孔进入分离腔，待料液充满装置后，接通电源，使金属离子在电场作用下由分离腔进入到吸附腔内，通过改变物料流量和电压来调节离子的去除效果。方法设定后，保证液流稳定，实现料液中金属杂质的高效连续去除。
该装置适用于料液中金属离子的高效连续去除，尤其适用于含痕量金属离子的料液。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明中装置造价低、结构简单、易于组装、便于操作。
本发明中所用的分离腔体积大，料液处理量大。
本发明利用自由流电泳原理，能够实现对料液中金属离子的高效连续去除。
本发明中所处理的料液不直接流过树脂腔，树脂中的微量杂质无法带入料液中，不会产生二次污染。
本发明装置中下板内装有阴极电极板，阴极电极板附近的金属离子会得到电子转化为金属附着在金属电极表面，进一步增大料液的处理能力。
附图说明
图1为本发明一种连续去除料液中金属离子的装置结构示意图
图2为本发明一种连续去除料液中金属离子的装置原理示意图
图3为本发明中带弧形结构的上板结构示意图
图4为本发明中下板结构示意图
附图中的标记为：1上板，2中板，3隔板，4进液孔，5出液孔，6下板，7阳极电极板，8阴极电极板，9树脂，10螺孔。
具体实施方式
以下提供本发明一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法的具体实施方式。
实施例1
图1为一种连续去除料液中金属离子的装置，装置包括分离腔、吸附腔、电极系统等部分。上板1为镂空的凹槽结构，中板2为中心挖通的平板结构，上板1、中板2以及隔板3一起构成分离腔，在上板1的左右两侧分别开设若干进液孔4和出液孔5，用于料液的进出；下板6为镂空的凹槽结构，与隔板3一起构成吸附腔，其中装填树脂9，用于金属离子的捕获；阳极电极板7和阴极电极板8分别通过螺孔10固定在分离腔的上表面和吸附腔的下底面，并与电源连接提供分离所需的电场。将下板6、隔板3、中板2以及上板1从下至上依次组合，并保证整套装置的密封性良好。
首先将阳极电极板7和阴极电极板8分别固定在分离腔的上表面和吸附腔的下底面，通过导线与电源的正负极相连，再将树脂9装入下板6的凹槽内，按照图1将装置搭建成功。然后用蠕动泵将待处理的溶液从进液孔4开始进样，待料液充满整个装置后，接通电源，调节料液的进样流速和所加电压大小，使分离腔中的液流稳定，按照图2要求，保证金属离子在电场作用下由分离腔进入到吸附腔内，最终被树脂9捕获，从而实现料液中金属离子的高效连续去除。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法，其特征在于，其包含分离腔，吸附腔和电极系统；电极系统包含阳极电极板和阴极电极板，上板为镂空的凹槽结构，凹槽内装配阳极电极板，中板为中心挖通的平板结构,上板，中板以及隔板一起构成分离腔；下板也为镂空的凹槽结构，凹槽内装配阴极电极板，下板与隔板一起构成吸附腔；吸附腔内装填树脂。
2.如权利要求1所述的一种连续去除料液中金属离子的装置及使用方法，其特征在于，分离腔为长方体结构，长度为50-200cm，高度为4-10cm，宽度20-40cm，若需消除腔内的死角，采用带圆弧的分离腔结构；中板挖通部分的长度为分离腔长度的1/3-2/3；上板和中板选用耐强碱的有机玻璃板材质，其厚度在4-50mm。
3.如权利要求1所述的一种连续去除料液中金属离子的装置，其特征在于，在上板的两侧分别开设进液孔和出液孔，其内径为5-30mm，数量分别为1-4个，料液的进样流速为1-1000mL/min。
4.如权利要求1所述的一种连续去除料液中金属离子的装置，其特征在于，隔板采用隔膜或是筛板，其孔径大小根据树脂材料的大小进行调整。
5.如权利要求1所述的一种连续去除料液中金属离子的装置，其特征在于，下板的凹槽截面与中板挖通部分截面大小相同，凹槽的深度为4-10cm；根据料液中金属离子种类的差异，可选用的树脂类型为阳离子交换树脂、大孔螯合树脂或是两者混合形式。
6.如权利要求1所述的一种连续去除料液中金属离子的装置，其特征在于，阳极电极板与电源正极相连，采用惰性电极，阴极电极板与电源负极相连，可以采用惰性电极或金属电极；阳极电极板和阴极电极板的位置对称，阳极电极板和阴极电极板两端所施加的高压直流电源范围为20-2000V。
7.如权利要求1所述的一种连续去除料液中金属离子的装置，其特征在于，在上板的左右两侧分别开设若干进液孔和出液孔，用于料液的进出。
8.一种连续去除料液中金属离子的装置的使用方法，其特征在于，使用过程中，料液从上板的进液孔进入分离腔，待料液充满装置后，接通电源，使金属离子在电场作用下由分离腔进入到吸附腔内，通过改变物料流量和电压来调节离子的去除效果；方法设定后，保证液流稳定，实现料液中金属杂质的高效连续去除。
9.一种连续去除料液中金属离子的装置的使用方法，其特征在于，该装置适用于料液中金属离子的高效连续去除，尤其适用于含痕量金属离子的料液。
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