CN113069927A - 一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统，包括供电电源、电渗析箱和设置于电渗析箱内的膜堆单元，所述的电渗析箱为方形箱体，所述的膜堆单元包括两个双极膜和设置于两个双极膜之间的阳膜和阴膜，两个双极膜两侧的电渗析箱内壁上设有阳极和阴极，所述的阳极和阴极与供电电源电连接，所述的阴膜与其相邻的双极膜之间形成酸室，所述的阳膜与其相邻的双极膜之间形成碱室，所述的阳膜与阴膜之间形成盐室，两个双极膜与其对应的阳极和阴极之间形成水室，本发明克服了现有技术的不足，电渗析后的资源可回收利用，降低了生产成本，提高了电子的迁移率和电渗析的效率。

Description

一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统
技术领域
本发明涉及双极膜电渗析系统技术领域，具体属于一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统。
背景技术
氢氧化锂作为一种重要的化工原料被广泛应用于生产玻璃/陶瓷、空气制冷系统、锂电池及核能发电以及锂离子或锂聚合物基储能电池等，氢氧化锂一般都需要很高的纯度。但是锂资源一般都从锂矿石或者卤水中提取，由于这些资源中的锂浓度较低，且一般都含有大量的钙镁离子，这使得提取高纯度的锂的过程更加困难。目前常用的氢氧化锂的制备方法为沉淀法和电解法，其中电解法是一种新型的制备氢氧化锂的方法，通过使用电解工艺，由氯化锂、硫酸锂及碳酸锂得到了高纯度的氢氧化锂产品，但是电解池一般只有阳离子交换膜/阴离子交换膜，这使得电解法制备氢氧化锂的产能得到了限制。因此，在电解的基础上，双极膜被引人到电解池，按照结构双极膜-阳离子交换膜-双极膜-阳离子交换膜结构排列组成了电解-双极膜电渗析膜堆，并用此电解-双极膜电渗析方法成功的生产得到了氢氧化锂。但是现有的电解装置存在电渗析效率低、电子迁移率低，电渗析过程中产生大量的废料，后处理麻烦的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统，克服了现有技术的不足，提高了电渗析装置的循环利用性能和电子迁移率。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统，包括供电电源、电渗析箱和设置于电渗析箱内的膜堆单元，所述的电渗析箱为方形箱体，所述的膜堆单元包括两个双极膜和设置于两个双极膜之间的阳膜和阴膜，两个双极膜两侧的电渗析箱内壁上设有阳极和阴极，所述的阳极和阴极与供电电源电连接，所述的阴膜与其相邻的双极膜之间形成酸室，所述的阳膜与其相邻的双极膜之间形成碱室，所述的阳膜与阴膜之间形成盐室，两个双极膜与其对应的阳极和阴极之间形成水室。
优选地，所述的水室上设有出水管和进水管，所述的出水管和进水管与设置于电渗析箱外部的水池连接，所述的进水管上安装有化工泵。
优选地，所述的酸室和碱室上分别设有进液管和出液管，所述的进液管上设有化工泵，且酸室的进液管与设置于电渗析箱外部的酸池连接，碱室的进液管与设置于电渗析箱外部的碱池连接。
优选地，所述的电渗析池的外部还设有储液池和调节池，所述的储液池和调节池相连接，且储液池和调节池之间安装有化工泵，所述的储液池通过管道与盐室连接，所述的调节池通过安装有化工泵的管道与盐室连接，所述的调节池内的溶液通过调节池与盐室之间的化工泵送入盐室内。
优选地，所述的盐室内还设有导流装置，所述的导流装置包括自下而上设置的若干个导流板，所述的导流板的右部为平板结构，左端向下弯曲的弧形结构，且自下而上设置的导流板的长度不断增加，右端相对其，其中位于最下端的导流板位于盐室的右部，导流板的左右两端不与阴膜和阳膜接触。
优选地，所述的导流板的右部上还设有若干个通孔。
优选地，电渗析装置使用的双极膜的制备方法包括以下步骤：首先，称取硅藻酸钠配制成8-10wt％的硅藻酸钠溶液，称取聚乙烯醇配制成5-8wt％的聚乙烯醇水溶液，按体积份数将0.5-0.8份硅酸钠水溶液与0.5-0.8份聚乙烯醇水溶液混合均匀，然后加入0.05-0.09份的乙酰丙酮，搅拌混合，加热至40-50℃密闭保温20-50min，进行减压脱泡，流延风干成膜，然后用8-10％的氯化铁浸泡交联1-3h，用蒸馏水冲洗干净，自然风干，得到阳离子膜；
然后，称取壳聚糖，使用1-5wt％的乙酸水溶液溶解，配制1.0-1.3L的3-5wt％的壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液内加入40-60mL改性剂，搅拌混合均匀，然后在搅拌过程中加入60-80mL的体积分数为3-4％的戊二醛溶液，混合均匀后，经减压脱泡，流延于阳离子膜上，风干后得到双极膜。
其中，所述的改性剂的制备方法为：将铁源、锌源、碱和水按质量比3:0.2-0.5:0.8:60混合均匀，然后置于高压反应釜内120-180℃反应12-24小时，然后冷却至室温，过滤干燥，得到锌改性氧化铁，然后按重量份将0.3-0.8份锌改性氧化铁与1-5份表面活性剂超声分散于2L水中，然后静置，取上层悬浮液，即为改性剂。
其中，所述的铁源、锌源、碱为氯化铁、氯化锌、尿素。
其中，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
本发明的电渗析系统能够循环使用水室内流出的液体，实现了循环利用的目的，同时该电渗析系统的盐室内流出的溶液可通过调节池对其浓度进行调节，使其重新应用于电渗析，使电渗析后的资源可回收利用，降低了生产成本，且电渗析过程中无废弃物的排放；另外，本发明的系统通过在盐室内设置导流装置，导流板在盐室内自下而上设置，且导流板右端相对其、长度不断增加，使进入盐室内的溶液可在盐室的左下部与阴膜充分接触后向右流动，使进入盐室内的溶液在导流板的导流作用下可向阳膜方向流动，提高了阳膜和阴膜间的溶液横向流动速度，提高了电子的迁移率，同时导流板上设有通孔，使导流板之间的溶液可交换流动，提高了电渗析的效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：1、电渗析箱；10、供电电源；11、阴极；12、阳极；13、导流板；14、化工泵；2、双极膜；3、阴膜；4、阳膜；5、水池；6、酸池；7、碱池；8、储液池；9、调节池。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的使用的双极膜为自制的双极膜，该双极膜的制备方法为：称取硅藻酸钠，配制成8wt％的硅藻酸钠水溶液，然后称取聚乙烯醇配制成5wt％的聚乙烯醇水溶液，然后将0.5L硅酸钠水溶液与0.5L聚乙烯醇水溶液混合均匀，然后加入0.08L的乙酰丙酮，搅拌混合，然后加热至50℃密闭保温30min，然后进行减压脱泡，流延风干成膜，然后用10％的氯化铁浸泡交联1h，然后用蒸馏水冲洗干净，自然风干，得到阳离子膜，膜厚79.83um；称取壳聚糖，使用2wt％的乙酸水溶液溶解，配制1.3L的3wt％的壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液内加入60mL改性剂，搅拌混合均匀，然后在搅拌过程中加入80mL的体积分数为4％的戊二醛溶液，混合均匀后，经减压脱泡，流延于阳离子膜上，风干后得到双极膜，膜厚173.22um，电流密度为40mA/cm2时的槽电压为5.4V，杨氏模量为365.4Mpa，断裂伸长率为76.7％。改性剂采用以下方法制备而成：将氯化铁、氯化锌、尿素和水按质量比3:0.5：0.8:60混合均匀，然后置于高压反应釜内180℃反应12小时，然后冷却至室温，过滤干燥，得到锌改性氧化铁，然后将0.6g锌改性氧化铁与4g十二烷基硫酸钠超声分散于2L水中，然后静置，取上层悬浮液，即为改性剂。
而作为与本发明使用的双极膜的对比，制备过程中不加入改性剂，制备的双极膜槽电压为5.7V，杨氏模量为346.8Mpa，断裂伸长率为57.3％；制备过程中不加入乙酰丙酮，制备的双极膜槽电压为7.1V，杨氏模量为367.4Mpa，断裂伸长率为72.8％。可见该自制的双极膜在阳离子膜的制备过程中加入乙酰丙酮，使该双极膜的槽电压得到了显著的降低，同时本发明在制备过程中加入的改性剂使该双极膜的机械性能得到了显著的提高。
实施例1
一种高电子迁移率的双极膜2电渗析系统，包括供电电源10、电渗析箱1和设置于电渗析箱1内的膜堆单元，电渗析箱1为方形箱体，膜堆单元包括两个双极膜2和设置于两个双极膜2之间的阳膜4和阴膜3，两个双极膜2两侧的电渗析箱1内壁上设有阳极12和阴极11，阳极12和阴极11与供电电源10电连接，阴膜3与其相邻的双极膜2之间形成酸室，阳膜4与其相邻的双极膜2之间形成碱室，酸室和碱室上分别设有进液管和出液管，进液管上设有化工泵14，且酸室的进液管与设置于电渗析箱1外部的酸池6连接，碱室的进液管与设置于电渗析箱1外部的碱池7连接。
两个双极膜2与其对应的阳极12和阴极11之间形成水室。水室上设有出水管和进水管，出水管和进水管与设置于电渗析箱1外部的水池5连接，进水管上安装有化工泵14。阳膜4与阴膜3之间形成盐室，电渗析池的外部还设有储液池8和调节池9，储液池8和调节池9相连接，且储液池8和调节池9之间安装有化工泵14，储液池8通过管道与盐室连接，调节池9通过安装有化工泵14的管道与盐室连接，调节池9内的溶液通过调节池9与盐室之间的化工泵14送入盐室内。使该电渗析系统能够循环使用水室内流出的液体，实现了循环利用的目的，同时该电渗析系统的盐室内流出的溶液可通过调节池9对其浓度进行调节，使其重新应用于电渗析，使电渗析后的资源可回收利用，降低了生产成本，且电渗析过程中无废弃物的排放
实施例2
作为本发明进一步的技术方案，为了提高该电渗析系统的电子迁移效率，本发明在盐室内还设有导流装置，导流装置包括自下而上设置的若干个导流板13，导流板13右端为平板结构，左端向下弯曲的弧形结构，且自下而上设置的导流板13的长度不断增加，右端相对其，其中位于最下端的导流板13位于盐室的右部，导流板13的左右两端不与阴膜3和阳膜4接触。使进入盐室内的溶液可在盐室的左下部与阴膜3充分接触后向右流动，使进入盐室内的溶液在导流板13的导流作用下可向阳膜4方向流动，提高了阳膜4和阴膜3间的溶液横向流动速度，提高了电子的迁移率。
实施例3
作为本发明进一步的技术方案，导流板13的右部上还设有若干个通孔，以促进各导流板13之间的溶液的流动，使导流板13之间的溶液可交换流动，提高了电渗析的效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统，包括供电电源、电渗析箱和设置于电渗析箱内的膜堆单元，其特征在于：所述的电渗析箱为方形箱体，所述的膜堆单元包括两个双极膜和设置于两个双极膜之间的阳膜和阴膜，两个双极膜两侧的电渗析箱内壁上设有阳极和阴极，所述的阳极和阴极与供电电源电连接，所述的阴膜与其相邻的双极膜之间形成酸室，所述的阳膜与其相邻的双极膜之间形成碱室，所述的阳膜与阴膜之间形成盐室，两个双极膜与其对应的阳极和阴极之间形成水室。
2.根据权利要求1所述的一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述的水室上设有出水管和进水管，所述的出水管和进水管与设置于电渗析箱外部的水池连接，所述的进水管上安装有化工泵。
3.根据权利要求1所述的一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述的酸室和碱室上分别设有进液管和出液管，所述的进液管上设有化工泵，且酸室的进液管与设置于电渗析箱外部的酸池连接，碱室的进液管与设置于电渗析箱外部的碱池连接。
4.根据权利要求1所述的一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述的电渗析池的外部还设有储液池和调节池，所述的储液池和调节池相连接，且储液池和调节池之间安装有化工泵，所述的储液池通过管道与盐室连接，所述的调节池通过安装有化工泵的管道与盐室连接，所述的调节池内的溶液通过调节池与盐室之间的化工泵送入盐室内。
5.根据权利要求1所述的一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述的盐室内还设有导流装置，所述的导流装置包括自下而上设置的若干个导流板，所述的导流板的右部为平板结构，左端向下弯曲的弧形结构，且自下而上设置的导流板的长度不断增加，右端相对其，其中位于最下端的导流板位于盐室的右部，导流板的左右两端不与阴膜和阳膜接触。
6.根据权利要求5所述的一种高电子迁移率的双极膜电渗析系统，其特征在于：所述的导流板的右部上还设有若干个通孔。
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