CN117504607A - 正渗透膜的抗污染性能检测方法、装置、系统和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及正渗透膜的抗污染性能检测方法、装置、系统和电子设备，方法包括：获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。本发明根据正渗透膜在电化学测试过程中的电压数据和电流数据计算得到正渗透膜的电感数据，利用电感数据得到正渗透膜的电荷量，利用电感数据判断正渗透膜的抗污染性能，解决了传统的电化学检测方法难以检测正渗透膜在离子输送场景中的抗污染性能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及膜污染检测技术领域，尤其涉及正渗透膜的抗污染性能检测方法、装置、系统和电子设备。
背景技术
正渗透膜作为一种新兴的渗透驱动膜工艺，在工业和环境废水净化中得到了迅速发展和应用，具有水回收率高、能效高、可持续性高等优点，但膜污染仍是困扰正渗透膜长期稳定性能的关键问题。目前对膜污染过程的表征方法主要是通过电子显微镜、原子力显微镜以及元素分析，对膜污染的实时检测分析仍然有限。
在检测大分子污染物的使用场景中，能够通过容抗和阻抗的来反映膜污染的存在。但在离子输运场景中，由于离子自身特性的原因，污染层疏松且信号微弱，离子在膜表面的交互可能不足以引起明显的电学变化。传统的电化学检测方法无法灵敏地探测到这种微弱的信号，难以通过容抗和阻抗来检测正渗透膜的抗污染性能。
发明内容
有鉴于此，有必要提供正渗透膜的抗污染性能检测方法、装置、系统和电子设备，用以解决传统的电化学检测方法难以检测正渗透膜在离子输送场景中的抗污染性能的问题。
为了解决上述问题，第一方面，本发明提供一种正渗透膜的抗污染性能检测方法，包括：
获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；
根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；
将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
优选的，在获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据之前，所述方法还包括：
将正渗透膜置于预先布置的电解池中，所述正渗透膜将所述电解池分隔形成两个电解室，在电解池中注入电解液；
将所述电解池与电化学测试设备连接，对所述正渗透膜进行电化学测试。
优选的，所述获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据，包括：
根据所述电化学测试设备的工作电流和工作电压，获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据。
优选的，所述根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据，包括：
建立正渗透膜的电压数据、电流数据和电感数据之间的关系式：
式中，E（t）表示t时刻的电压，L（t）表示t时刻的电感，表示电流对时间的导数；
将正渗透膜的电流数据和电压数据代入所述关系式，得到正渗透膜的电感数据。
优选的，所述电感电荷关系模型为：
式中，L表示正渗透膜的电感量，e定义为电感电荷关系指数，Q表示正渗透膜的电荷量，t表示时间。
优选的，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能，具体包括：
将随时间变化的电感数据依次代入电感电荷关系模型中，得到正渗透膜的电荷量随时间的变化情况；
根据所述正渗透膜的电荷量随时间的变化情况，确定正渗透膜的抗污染性能。
优选的，所述正渗透膜为聚酰胺正渗透膜或多巴胺性的聚酰胺正渗透膜。
第二方面，本发明还提供一种正渗透膜的抗污染性能检测装置，包括：
获取模块，用于获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；
计算模块，用于根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；
确定模块，用于将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
第三方面，本发明还提供一种正渗透膜的抗污染性能检测系统，包括：
电解池，所述电解池内设置有电解液和正渗透膜，所述电解液包括煤气化工废水，所述正渗透膜将所述电解池中的电解液分隔形成两个电解室；
电化学测试设备，与所述电解池连接，用于对电解池中的正渗透膜进行电化学测试；
处理模块，与所述电化学测试设备连接，用于获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，其中，
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述任意一种实现方式中所述的一种正渗透膜的抗污染性能检测方法中的步骤。
第五方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时能够实现上述任意一种实现方式中所述的一种正渗透膜的抗污染性能检测方法中的步骤。
采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的正渗透膜的抗污染性能检测方法，获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。本发明根据正渗透膜在电化学测试过程中的电压数据和电流数据计算得到正渗透膜的电感数据，利用电感数据得到正渗透膜的电荷量，利用电感数据判断正渗透膜的抗污染性能，解决了传统的电化学检测方法难以检测正渗透膜在离子输送场景中的抗污染性能的问题。
附图说明
图１为本发明提供的正渗透膜的抗污染性能检测方法一实施例的方法流程图；
图2为本发明提供的正渗透膜的抗污染性能检测系统的结构示意图；
图3为本发明提供的正渗透膜的抗污染性能检测装置一实施例的结构框图；
图4为本发明提供的电子设备一实施例的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
图１为本发明提供的正渗透膜的抗污染性能检测方法一实施例的方法流程图。如图1所示，正渗透膜的抗污染性能检测方法包括：
步骤110，获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；
具体的，在实际操作过程中，执行步骤110之前，首先将正渗透膜置于预先布置的电解池中，所述正渗透膜将所述电解池分隔形成两个电解室，在电解池中注入电解液。将所述电解池与电化学测试设备连接，对所述正渗透膜进行电化学测试。此处的电化学测试设备可以采用阻抗分析仪。如图2所示，阻抗分析仪分别连接电解池和处理模块，通过处理模块获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据。此处的处理模块可以采用具有数据处理功能的计算机、单片机或PAD，本发明对此不作具体限定。
进一步的，根据所述电化学测试设备的工作电流和工作电压，获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据。例如，将阻抗分析仪作为电化学测试设备，通过型号为IM3590的阻抗分析仪（Hoyko，Japan）在102Hz~105Hz频率范围内用0.1mA工作电流进行电化学阻抗测试，流经正渗透膜的工作电流通过得到，施加于正渗透膜的工作电压为/>，其中，I（t）为t时刻的电流，I 0为电流振幅，ω为角频率，E（t）为t时刻的电压，E 0为电压振幅。将流经正渗透膜的工作电流I（t）作为正渗透膜的电流数据，将施加于正渗透膜的工作电压E（t）作为正渗透膜的电压数据。
步骤120，根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据。
具体的，在通过电化学测试得到正渗透膜的电压数据和电流数据后，根据正渗透膜的电压数据、电流数据和电感数据之间的关系式，计算正渗透膜的电感数据，关系式为：
式中，E（t）表示t时刻的电压，L（t）表示t时刻的电感，表示电流对时间的导数；
将正渗透膜的电流数据和电压数据代入上述关系式，得到正渗透膜的电感数据。
步骤130，将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
具体的，由于电感是由电荷不平衡的状态产生，而电荷不平衡的状态与正渗透膜的电荷量有关，因此正渗透膜的电荷量的大小反映了电荷在正渗透膜中的残留程度，本实施例建立的电感电荷关系模型，通过电感数据得到正渗透膜的电荷量，利用电感数据得到正渗透膜的电荷量，利用电感数据判断正渗透膜的抗污染性能。
本发明提供的正渗透膜的抗污染性能检测方法，根据正渗透膜在电化学测试过程中的电压数据和电流数据计算得到正渗透膜的电感数据，利用电感数据得到正渗透膜的电荷量，利用电感数据判断正渗透膜的抗污染性能，解决了传统的电化学检测方法难以检测正渗透膜在离子输送场景中的抗污染性能的问题。
在一个优选实施例中，在步骤130将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型之前，所述方法还包括，建立电感电荷关系模型：
式中，L表示正渗透膜的电感量，e定义为电感电荷关系指数，Q表示正渗透膜的电荷量，t表示时间。
在一个优选实施例中，步骤130中，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能，具体包括：
将随时间变化的电感数据依次代入电感电荷关系模型中，得到正渗透膜的电荷量随时间的变化情况。根据所述正渗透膜的电荷量随时间的变化情况，确定正渗透膜的抗污染性能。若正渗透膜的电荷量随时间变化稳定，则判定正渗透膜的抗污染性能良好，若正渗透膜的电荷量随时间变化不稳定，则判定正渗透膜的抗污染性能差。
图2为本发明提供的正渗透膜的抗污染性能检测系统的结构示意图，系统，如图2所示，该系统包括：
电解池，所述电解池内设置有电解液和正渗透膜，所述电解液包括煤气化工废水，所述正渗透膜将所述电解池中的电解液分隔形成两个电解室；
电化学测试设备，与所述电解池连接，用于对电解池中的正渗透膜进行电化学测试；
处理模块，与所述电化学测试设备连接，用于获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
以下是本发明提供的正渗透膜的膜污染表征方法的几个具体应用场景实施例：
实施例1
取一张聚酰胺正渗透膜进行电化学测试，在测试之前首先将聚酰胺正渗透膜浸泡在去离子水中，使其充分浸润。将聚酰胺正渗透膜置于电解池中部，两侧电解室中分别插入铂片电极作为工作电极和对电极，两个与鲁金毛细管相连的饱和Ag/AgCl电极作为参比电极和敏感电极并在膜两侧对称设置，在电解池的进料液侧注入煤气化工废水（主要成分为0.001mol/L的硫酸铁），在电解池的汲取液侧注入饱和的氯化钙溶液，采用型号为IM3590的阻抗分析仪（Hoyko，Japan）在102Hz~105Hz频率范围内用0.1mA工作电流进行电化学阻抗测试，流经正渗透膜的工作电流通过得到，施加于正渗透膜的工作电压为，根据关系式/>得到电感数据，电感数据随时间变化不断变小，将随时间变化的电感数据/>依次代入公式：/>，其中，L和L（t）均表示正渗透膜的电感数据。得到正渗透膜的电荷量Q随时间变化较大，因此判定聚酰胺正渗透膜抗污染性能差。
实施例2
取一张多巴胺改性的聚酰胺正渗透膜进行电化学测试，测试之前首先将多巴胺改性的聚酰胺正渗透膜泡在去离子水中，使其充分浸润。组将多巴胺改性的聚酰胺正渗透膜置于电解池中部，两侧电解室中分别插入铂片电极作为工作电极和对电极，两个与鲁金毛细管相连的饱和Ag/AgCl电极作为参比电极和敏感电极并在膜两侧对称设置，在电解池的进料液侧注入煤气化工废水（主要成分为0.001mol/L的硫酸铁），在电解池的汲取液侧注入饱和的氯化钙溶液，在102Hz~105Hz频率范围内用0.1mA工作电流进行阻抗测试，采用型号为IM3590的阻抗分析仪（Hoyko，Japan）在102Hz~105Hz频率范围内用0.1mA工作电流进行电化学阻抗测试，流经正渗透膜的工作电流通过得到，施加于正渗透膜的工作电压为/>，根据关系式/>得到电感数据，得到的电感数据随时间变化较为稳定且电感值均大于实施例1，将随时间变化的电感数据/>依次代入公式：/>。得到正渗透膜的电荷量Q随时间变化较大，因此判定多巴胺改性的聚酰胺正渗透膜抗污染性能好。
与实施例1相比，虽然进料液为同一浓度，但是多巴胺改性的聚酰胺正渗透膜与聚酰胺正渗透膜相比，抗污染性能更高。通过运行化肥废水正渗透实验验证实施例1和实施例2中的正渗透膜抗污染性检测结果。在同等实验条件下，运行3小时正渗透实验，聚酰胺多巴胺的渗透通量从47LMH下降到0LMH，渗透通量下降了100%，多巴胺改性的聚酰胺正渗透膜的渗透通量从39.6LMH下降到20.6LMH，渗透通量下降了47.9%。聚酰胺正渗透膜相较于多巴胺改性的聚酰胺正渗透膜下降明显，膜污染严重，说明多巴胺改性的聚酰胺正渗透膜更抗污染。由此可知，前述实施例的抗污染性检测结果与化肥废水正渗透实验验证结果相符，体现了实施例1和实施例2中正渗透膜的抗污染性检测方案的可行性和可靠性。
图3为本发明提供的正渗透膜的抗污染性能检测装置一实施例的结构框图，如图3所示，正渗透膜的抗污染性能检测装置300包括：
获取模块301，用于获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；
计算模块302，用于根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；
确定模块303，用于将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
本发明提供的正渗透膜的抗污染性能检测装置，根据正渗透膜在电化学测试过程中的电压数据和电流数据计算得到正渗透膜的电感数据，利用电感数据得到正渗透膜的电荷量，利用电感数据判断正渗透膜的抗污染性能，解决了传统的电化学检测方法难以检测正渗透膜在离子输送场景中的抗污染性能的问题。
图4为本发明提供的电子设备一实施例的结构框图，如图4所示，本发明还提供了一种电子设备，电子设备400可以是移动终端、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。电子设备400包括处理器401以及存储器402，其中，存储器402上存储有正渗透膜的抗污染性能检测程序403。
存储器402在一些实施例中可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器402在另一些实施例中也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card， SMC），安全数字（SecureDigital， SD）卡，闪存卡（Flash Card）等。进一步地，存储器402还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器402用于存储安装于计算机设备的应用软件及各类数据，例如安装计算机设备的程序代码等。存储器402还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，所述正渗透膜的抗污染性能检测程序403被处理器401所执行时，实现以下步骤：
获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；
根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；
将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
处理器401在一些实施例中可以是一中央处理器（Central Processing Unit，CPU），微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器402中存储的程序代码或处理数据，例如执行正渗透膜的抗污染性能检测程序等。
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有正渗透膜的抗污染性能检测程序，该正渗透膜的抗污染性能检测程序被处理器执行时，实现以下步骤：
获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；
根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；
将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM），以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种正渗透膜的抗污染性能检测方法，其特征在于，包括：
获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；
根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；
将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
2.根据权利要求1所述的正渗透膜的抗污染性能检测方法，其特征在于，所述正渗透膜设置于预先布置的电解池中，所述电解池与电化学测试设备连接。
3.根据权利要求2所述的正渗透膜的抗污染性能检测方法，其特征在于，所述获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据，包括：
根据所述电化学测试设备的工作电流和工作电压，获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据。
4.根据权利要求1所述的正渗透膜的抗污染性能检测方法，其特征在于，所述根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据，包括：
建立正渗透膜的电压数据、电流数据和电感数据之间的关系式：
式中，E（t）表示t时刻的电压，L（t）表示t时刻的电感，表示电流对时间的导数；
将正渗透膜的电流数据和电压数据代入所述关系式，得到正渗透膜的电感数据。
5.根据权利要求1所述的正渗透膜的抗污染性能检测方法，其特征在于，所述电感电荷关系模型为：
式中，L表示正渗透膜的电感量，e定义为电感电荷关系指数，Q表示正渗透膜的电荷量，t表示时间。
6.根据权利要求1所述的正渗透膜的抗污染性能检测方法，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能，具体包括：
将随时间变化的电感数据依次代入电感电荷关系模型中，得到正渗透膜的电荷量随时间的变化情况；
根据所述正渗透膜的电荷量随时间的变化情况，确定正渗透膜的抗污染性能。
7.一种正渗透膜的抗污染性能检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；
计算模块，用于根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；
确定模块，用于将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
8.一种正渗透膜的抗污染性能检测系统，其特征在于，包括：
电解池，所述电解池内设置有电解液和正渗透膜，所述电解液包括煤气化工废水，所述正渗透膜将所述电解池中的电解液分隔形成两个电解室；
电化学测试设备，与所述电解池连接，用于对电解池中的正渗透膜进行电化学测试；
处理模块，与所述电化学测试设备连接，用于获取正渗透膜在电化学测试过程中的电流数据和电压数据；根据正渗透膜的电压数据和电流数据，计算正渗透膜的电感数据；将所述电感数据代入预先建立的电感电荷关系模型，得到正渗透膜的电荷量，根据所述正渗透膜的电荷量确定正渗透膜的抗污染性能。
9.一种电子设备，
其特征在于，包括存储器和处理器，其中，
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述权利要求1至6中任意一项所述的一种正渗透膜的抗污染性能检测方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机可读取的程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时能够实现上述权利要求1至6中任意一项所述的一种正渗透膜的抗污染性能检测方法中的步骤。
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