CN106890573A - 氢氧化钠电渗析浓缩膜组器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种氢氧化钠浓缩的电渗析装置；该氢氧化钠电渗析浓缩膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜；所述的耐碱电极、耐碱阴膜、耐碱复合隔板、阻碱阳膜依次排列；该发明可对0.01～10％的稀氢氧化钠进行浓缩至20％以上的均相膜电渗析膜组器；并可以进行经济、环保的稀氢氧化钠电渗析浓缩的运行参数。

Description

氢氧化钠电渗析浓缩膜组器
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种氢氧化钠浓缩的电渗析装置。
背景技术
我国电渗析技术的研究始于1958年。在60年代初，以国产聚乙烯醇异相膜装配的小型电渗析装置便投入海上试验。1965年，在成昆铁路上安装了第一台苦咸水淡化装置。1967年聚苯乙烯异相离子交换膜投入生产，为电渗析技术的推广应用创造了条件。上世纪70年代以后，电渗析技术发展较快，在离子交换膜、隔板、电极等主要装置部件与本体结构的研究方面都有所创新，装置在向定型化、标准化发展，在系统工程设计和装置的运行管理方面也积累了比较丰富的经验。1976年在上海金山石化建成了日产初级纯水6600t的电渗析制水车间，1980年在西沙建成了日产淡水200t的电渗析海水淡化站。我国离子交换膜的年产量稳定在4.0×105m2，约占世界脱盐用离子交换膜的1/3。
但这些电渗析过程都有一个共同点，那就是电渗析膜组器不耐碱不能用于碱的浓缩，或浓缩后的碱浓度很低，不能进行工业化应用。
发明内容
针对以上现状，在前人研究的基础上，针对电渗析浓缩稀氢氧化钠的特殊要求，进行了系列研究与开发，经过多方面试验研究，终于开发出了具有耐强酸强碱、防内漏与防外漏、防漏电的电渗析碱浓缩专用复合隔板，充分解决了许多外在因素的干扰影响，保证运行数据的准确性与重复性；在此基础上，根据电渗析碱浓缩的要求，继续对阻碱阳膜、耐碱阴膜、耐碱阳电极、电流密度、流速进行研究与优化，最终开发出可以对稀氢氧化钠进行浓缩至20％以上浓度的碱浓缩电渗析膜组器。
本发明的主要目的是开发一种可对0.01～10％的稀氢氧化钠进行浓缩至20％以上的均相膜电渗析膜组器；本发明的目的还在于提供一种可以进行经济、环保的稀氢氧化钠电渗析浓缩的运行参数。
本发明通过下述技术方案得以实现的：
一种氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜；所述的耐碱电极、耐碱阴膜、耐碱复合隔板、阻碱阳膜依次排列；
所述的耐碱电极为钛涂钽铂钌电极；
所述的耐碱复合隔板为由PP、PTFE制作而成的复合弹性隔板(所述PP、PTFE分别为聚丙烯及聚四氟乙烯)；
所述的耐碱阴膜采用AHT阴膜；
所述的阻碱阳膜为以厚度为0.1-0.15毫米的纯四氟乙烯膜为底膜，用辐照接枝后，再用含浸法进行制备的阳膜。
优选地，所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组中的钛涂钽铂钌电极包括钛板、铂涂层与氧化钽、氧化钌混合物涂层。
优选地，所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组器中的耐碱复合隔板的制备方法为：
采用PP、PTFE分批在等离子体室中、高温、惰性的环境下喷涂一次成型技术制作弹性隔板；
在温度为120～220℃，先用PP喷涂成隔板的形状，再用PTFE经离子活化后，在温度为220～280℃下把PTFE喷涂至刚形成的PP隔板上进行共混；
所述的离子体的电极采用高频电容式藕合电极，振动频率30～50MC，等离子体所用的氧气纯度为99.1～99.8％，PTFE的比例为10％～40％。
优选地，所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组器中的阻碱阳膜为以厚度为0.1～0.15mm的纯四氟乙烯膜为底膜，用辐照接枝后，再用含浸法进行制备的阳膜，所述阳膜的膜电阻为2～4Ω/cm2，交联度为70～90％，膜厚度为0.1～0.16mm。
优选地，所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组器处理的氢氧化钠为质量分数为0.01～10％的氢氧化钠。
一种钛涂钽铂铱电极的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
步骤一、用0.5～2毫米厚的钛板，经超声清洗、氢氟碱清洗后，再用草碱作表面处理后；
步骤二、将步骤一处理后的钛板，用铂进行底涂，铂涂层厚度为0.5～2微米；
步骤三、将步骤二铂底涂层后用氧化钽、氧化钌进行涂层并烧结，共涂层与烧结十次形成电极表面涂层，其中氧化钽、氧化钌的质量比例为0.01～10：0.01～3，烧结温度为700～1000℃，每次烧结时间为1～5小时。
具体地，
一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。其中电极是钛涂钽铂钌电极；隔板是复合弹性隔板，由PP、PTFE制作而成；耐碱阴膜采用全氟接枝阴膜；阻碱阳膜采用ASTOM公司的AHT阴膜。
一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器中所述的耐碱电极，采用0.5～2毫米厚的钛板，经超声清洗、氢氟酸清洗后，再用草酸作表面处理后，用铂进行底涂，铂涂层厚度为0.5～2微米。铂底涂后用氧化钽、氧化钌进行涂层并烧结，共涂层与烧结十次形成电极表面涂层，其中氧化钽、氧化钌的质量比例为0.01～10：0.01～3。烧结温度为700～1000℃，每次烧结时间为1～5小时。
一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器中所述的耐碱隔板是复合弹性隔板，采用PP、PTFE分批在等离子体室中、高温、惰性的环境下喷涂一次成型技术制作弹性隔板。在温度为120～220℃，先用PP喷涂成隔板的形状，再用PTFE经离子活化后，在温度为220～280℃下把PTFE喷涂至刚才形成的PP隔板上进行共混。离子体的电极采用高频电容式藕合电极，振动频率30～50MC，等离子体所用的氧气纯度为99.1～99.8％，PTFE的比例为10％～40％；
一种稀氢氧化钠电渗析浓缩膜组器中所述膜组器包括耐碱阴膜、阻碱阳膜，其中阻碱阳膜为以厚度为0.1～0.15毫米的纯四氟乙烯膜为底膜，用辐照接枝后，再用含浸法进行制备的阳膜，控制膜电阻为2～4Ω/cm2，交联度为70～90％，膜厚度为0.1～0.16mm。耐碱阴膜采用ASTOM公司的AHT阴膜。使用这些高性能的均相离子交换膜，使浓缩氢氧化钠的浓度大幅提高，并且耗电少、速度快。
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为本发明的氢氧化钠浓缩电渗析膜组器结构正面示意图。
图2为本发明的氢氧化钠浓缩电渗析膜组器结构侧面示意图。
标号说明：1、阳极液进口；2、均相耐碱阳膜；3、弹性耐碱隔板；4、均相阻碱阴膜；5、阴极液进口；6、紧固螺栓；7、稀碱进口；8、极液流道板；9、阳极接线柱；10、夹紧钢板；11、淡液出口；12、浓碱出口；13、阴极接线柱；14、浓碱进口；15、铂钽铱电极；16、阳极液出口；17、阴极液出口。
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
根据图1、图2所示原理结构，安装一台电渗析稀氢氧化钠浓缩装置，包括阳极液进口1；均相耐碱阳膜2；弹性耐碱隔板3；均相阻碱阴膜4；阴极液进口5；紧固螺栓6；稀碱进口7；极液流道板8；阳极接线柱9；夹紧钢板10；淡液出口11；浓碱出口12；阴极接线柱13；浓碱进口14；铂钽铱电极15；阳极液出口16；阴极液出口17；膜组器尺寸采用400*800mm，膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。其中耐碱电极铂底涂厚度为1微米，氧化钽、氧化钌的质量比例为2：5；烧结温度为800℃，每次烧结时间为4小时。制作隔板的PP喷涂温度为160℃，PTFE的喷涂温度为230℃，离子体电极振动频率40MC，等离子体所用的氧气纯度为99.5％，PTFE的比例为20％；阻碱阳膜的膜电阻为3Ω/cm2，交联度为80％，膜厚度为0.12mm。耐碱阴膜的采用ASTOM公司的AHT阴膜。
以含2％氢氧化钠的稀氢氧化钠为进水进入电渗析淡室。电渗析电流密度为500A/m2，膜面流速为5m/s，电渗析运行水温为32℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.05％的氢氧化钠淡水可以中和排放，浓室的氢氧化钠浓度为20％。整个稀氢氧化钠处理电流效率高达80％，总能耗为4度电/吨稀氢氧化钠，大幅低于多效蒸发。
实施例2
根据图1、图2所示原理结构，安装一台电渗析稀氢氧化钠浓缩装置，装置的结构铜实施例1；膜组器尺寸采用400*800mm，膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。其中耐碱电极铂底涂厚度为1.5微米，氧化钽、氧化钌的质量比例为2：3；烧结温度为850℃，每次烧结时间为3小时。制作隔板的PP喷涂温度为130℃，PTFE的喷涂温度为220℃，离子体电极振动频率30MC，等离子体所用的氧气纯度为99.5％，PTFE的比例为30％；阻碱阳膜的膜电阻为3.5Ω/cm2，交联度为85％，膜厚度为0.12mm。耐碱阴膜的采用ASTOM公司的AHT阴膜。
以含1％氢氧化钠的稀氢氧化钠为进水进入电渗析淡室。电渗析电流密度为400A/m2，膜面流速为5m/s，电渗析运行水温为35℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.05％的氢氧化钠淡水可以中和排放，浓室的氢氧化钠浓度为20％。整个稀氢氧化钠处理电流效率高达80％，总能耗为5度电/吨稀氢氧化钠，大幅低于多效蒸发。
实施例3
根据图1、图2所示原理结构，安装一台电渗析稀氢氧化钠浓缩装置，装置的结构铜实施例1；膜组器尺寸采用600*1200mm，膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。其中耐碱电极铂底涂厚度为1微米，氧化钽、氧化钌的质量比例为3：2；烧结温度为800℃，每次烧结时间为4小时。制作隔板的PP喷涂温度为150℃，PTFE的喷涂温度为210℃，离子体电极振动频率50MC，等离子体所用的氧气纯度为99.5％，PTFE的比例为40％；阻碱阳膜的膜电阻为4Ω/cm2，交联度为85％，膜厚度为0.15mm。耐碱阴膜的采用ASTOM公司的AHT阴膜。
以含2.5％氢氧化钠的稀氢氧化钠为进水进入电渗析淡室。电渗析电流密度为600A/m2，膜面流速为6m/s，电渗析运行水温为35℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.05％的氢氧化钠淡水可以中和排放，浓室的氢氧化钠浓度为20％。整个稀氢氧化钠处理电流效率高达82％，总能耗为6度电/吨稀氢氧化钠，大幅低于多效蒸发。
实施例4
根据图1、图2所示原理结构，安装一台电渗析稀氢氧化钠浓缩装置，装置的结构铜实施例1；膜组器尺寸采用600*1200mm，膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜。其中耐碱电极铂底涂厚度为1微米，氧化钽、氧化钌的质量比例为5：3；烧结温度为860℃，每次烧结时间为5小时。制作隔板的PP喷涂温度为130℃，PTFE的喷涂温度为250℃，离子体电极振动频率50MC，等离子体所用的氧气纯度为99.5％，PTFE的比例为20％；阻碱阳膜的膜电阻为4.5Ω/cm2，交联度为80％，膜厚度为0.12mm。耐碱阴膜的采用ASTOM公司的AHT阴膜。
以含2％氢氧化钠的稀氢氧化钠为进水进入电渗析淡室。电渗析电流密度为700A/m2，膜面流速为6m/s，电渗析运行水温为35℃。经电渗析浓缩运行后，淡室的淡水浓度为0.05％的氢氧化钠淡水可以中和排放，浓室的氢氧化钠浓度为20％。整个稀氢氧化钠处理电流效率高达85％，总能耗为3.5度电/吨稀氢氧化钠，大幅低于多效蒸发。
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 (6)

1.一种氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，其特征在于：所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组器包括耐碱电极、耐碱复合隔板、耐碱阴膜、阻碱阳膜；
所述的耐碱电极、耐碱阴膜、耐碱复合隔板、阻碱阳膜依次排列；
所述的耐碱电极为钛涂钽铂钌电极；
所述的耐碱复合隔板为由PP、PTFE制作而成的复合弹性隔板；
所述的耐碱阴膜采用AHT阴膜；
所述的阻碱阳膜为以厚度为0.1-0.15毫米的纯四氟乙烯膜为底膜，用辐照接枝后，再用含浸法进行制备的阳膜。
2.根据权利要求1所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，其特征在于：所述的钛涂钽铂钌电极包括钛板、铂涂层与氧化钽、氧化钌混合物涂层。
3.根据权利要求1所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，其特征在于：所述的耐碱复合隔板的制备方法为：
采用PP、PTFE分批在等离子体室中、高温、惰性的环境下喷涂一次成型技术制作弹性隔板；
在温度为120-220℃，先用PP喷涂成隔板的形状，再用PTFE经离子活化后，在温度为220～280℃下把PTFE喷涂至刚形成的PP隔板上进行共混；
所述的离子体的电极采用高频电容式藕合电极，振动频率30～50MC，等离子体所用的氧气纯度为99.1～99.8％，PTFE的比例为10％～40％。
4.根据权利要求1所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，其特征在于：所述的阻碱阳膜为以厚度为0.1～0.15mm的纯四氟乙烯膜为底膜，用辐照接枝后，再用含浸法进行制备的阳膜，所述阳膜的膜电阻为2～4Ω/cm2，交联度为70～90％，膜厚度为0.1～0.16mm。
5.根据权利要求1至4任一所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组器，其特征在于：所述的氢氧化钠电渗析浓缩膜组器处理的氢氧化钠为质量分数为0.01～10％的氢氧化钠。
6.一种钛涂钽铂铱电极的制备方法，其特征在于所述的钛涂钽铂钌的制备方法包括如下步骤：
步骤一、用0.5～2毫米厚的钛板，经超声清洗、氢氟碱清洗后，再用草碱作表面处理后；
步骤二、将步骤一处理后的钛板，用铂进行底涂，铂涂层厚度为0.5～2微米；
步骤三、将步骤二铂底涂层后用氧化钽、氧化钌进行涂层并烧结，共涂层与烧结十次形成电极表面涂层，其中氧化钽、氧化钌的质量比例为0.01～10：0.01～3，烧结温度为700～1000℃，每次烧结时间为1～5小时。
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