CN205880066U

CN205880066U - 一种用于测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置

Info

Publication number: CN205880066U
Application number: CN201620577177.2U
Authority: CN
Inventors: 张学敏; 周键; 王三反; 王仲宇; 宋小三; 孙三祥
Original assignee: Lanzhou Jiaotong University
Current assignee: Lanzhou Jiaotong University
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2026-06-14

Abstract

本实用新型提供一种用于测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置，包括加压进样系统、有压管段快速连接器、电位测定系统。其中，加压进样系统和电位测定系统由有压管段快速连接器连接，加压进样系统由储液槽、蠕动泵、开关阀A、储压罐、排气阀、密闭胶塞、稳压调压阀、空气压缩机、泄压调压阀、开关阀B组成；电位测定系统由温度/电导检测器、测试装置室（包括A室和B室）、压力传感器、浮球阀、进样阀、毛细玻璃管、Ag|AgCl电极、放空阀A、放空阀B、灵敏电位测定仪、接液量杯组成；电位测定系统放空后的溶液循环到储液槽中。本实用新型完全解决了测定离子交换膜孔径表面Zeta电位时操作复杂、准确度不高、价格昂贵等问题，大幅度提高了测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的准确性，且制作成本低、操作简单、液体循环可节约资源。

Description

一种用于测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置

技术领域

本发明属于高分子功能膜材料性能测定领域，具体涉及一种用于测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置。

背景技术

离子交换膜分离过程作为一门新型的分离、提纯、浓缩和净化技术早已逐渐从实验室走向大规模工业化应用，尤其是在湿法冶金行业。由于湿法冶金工业溶液体系较为复杂，对膜的性能要求较高，特别是在膜的选择透过性方面，离子交换膜的荷电化显著影响了膜的选择透过性，而膜动电现象的一个重要参数——Zeta电位（ζ）就表征膜荷电性能的大小。

Zeta电位又称Helmoltz外层的电位，即在双电层理论中，是滑动面到液相主体的电位差。根据离子交换膜ζ电位的大小和作用距离可计算膜面电位梯度，分析外电场作用力与膜的ζ电位叠加后的电位作用方向及大小，计算膜电位与外电场共同作用下离子交换膜对溶液离子中的吸引力及排斥力，从而建立膜电位与选择透过性的关系，从膜电位方面提高离子交换膜选择透过性。另外，Zeta电位反映膜对同性电荷的静电排斥能力，可通过检测膜Zeta电位的变化来反映膜污染的程度。

目前的Zeta电位测定装置多用于选矿、造纸、医疗卫生、建筑材料、超细材料等，此类装置价格昂贵，操作复杂，成本过高；此外该类装置多选用电泳法，并不适用于离子交换膜类产品；对于膜类产品电位的测定，见诸文献的多为针对中空纤维膜，以及板式膜膜表面的动电性能，国内鲜少有专门针对离子交换膜类产品膜孔径表面Zeta电位的测定装置，该装置具有成本低廉，重现性好，简单实用的优点，填补了该方面的空白。

发明内容

本发明目的：为了准确测定离子交换膜孔径表面Zeta电位值，本发明提供了一种测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置，此装置大幅度提高了测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的准确性，且制作成本低、操作简单、液体循环可节约资源。

本发明的技术方案是：

一种用于测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置，包括加压进样系统、有压管段快速连接器、电位测定系统；所述的加压进样系统和电位测定系统由有压管段快速连接器连接，特征在于：加压进样系统从右至左依次由储液槽、蠕动泵、开关阀A，储压罐、开关阀B依次连接而成；电位测定系统：温度/电导检测器连接在进样管段上，管段右侧连接测试装置室；电位测定系统放空后的溶液循环到储液槽中。

所述的储液槽的出样口位于其左侧下端。

所述的储压罐右端进样口连接开关阀A，左端出样口连接开关阀B，进出样口均位于储压罐底端；储压罐中有一密闭胶塞，防止气体进入溶液，密闭胶塞上有一把手，便于更换；储压罐右上侧设排气阀；储压罐顶部密封，罐体材料为ABS，罐体顶部设有泄压调压阀及空气压缩机，稳压调压阀左端管通往储压罐内部，右端管连接空气压缩机。

所述的测试装置室分为A、B两室，形状为圆柱形，通过法兰连接，连接处均有密封胶垫；测试装置室材料为ABS，A、B两室中间夹有密封胶垫、离子交换膜样品、聚四氟乙烯有孔支撑隔板；A、B室两侧内部分别设有Ag|AgCl电极，电极两端连接灵敏电位测定仪；A室为密封槽，顶部从左至右依次设有：进样口、压力传感器、浮球阀；B室顶部从左至右依次设有进样口（含进样阀）、毛细玻璃管，管下有一接液量杯；A、B室两侧底部均有出液管，各设有放空阀，放空后的溶液循环到储液槽中。

本发明具备的特点：该测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置大幅度提高了测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的准确性，且制作成本低、操作简单、液体循环可节约资源。

附图说明

附图1(a)为本发明实施例中全氟阳离子交换膜压力传感器示数Mpa-灵敏电位测定仪mv的关系曲线

附图1(b)为本发明实施例中IONSEP^TM系列异相阳离子交换膜压力传感器示数Mpa-灵敏电位测定仪mv的关系曲线

附图1(c)为本发明实施例中Flemion阴离子交换膜压力传感器示数Mpa-灵敏电位测定仪mv的关系曲线

附图2为一种用于测定离子交换膜膜孔径表面Zeta电位的装置结构示意图

1-储液槽；2-蠕动泵；3-开关阀A；4-储压罐；5-排气阀；6-密闭胶塞；7-稳压调压阀；8-空气压缩机；9-泄压调压阀；10-开关阀B；11-有压管段快速连接器；12-温度/电导检测器；13-测试装置室；14-压力传感器；15-浮球阀；16-进样阀；17-毛细玻璃管；18-Ag|AgCl电极；19-放空阀A；20-放空阀B；21-灵敏电位测定仪；22-接液量杯；23-聚四氟乙烯网孔支撑隔板；24-离子交换膜样品。

具体实施方式

装置运行流程

1、将待测膜样品24固定于装置中；

2、配制一定浓度的溶液注入储液漕1；

3、关闭阀门10，打开阀门3、5，打开蠕动泵2，向储压罐泵送溶液，当排气阀5有少量液体流出时，关闭阀门3，切断蠕动泵2电源；

4、关闭泄压调压阀9，打开空气压缩机8，调解稳压调压阀7使气体缓慢进入储压罐4，当排气阀5不再有液体流出时立即关闭排气阀5；

5、打开阀门10、16，关闭阀门19、20，溶液进入实验装置主体13，当刻度毛细玻璃管17有少量液体进入时，关闭阀门16；

6、缓慢调解稳压调节阀7，使压力传感器14示数稳定在一个值，读取该温度下的温度传感器12和灵敏电位指示器21示数；

7、逐渐开大稳压调节阀7，使压力传感器14示数逐渐升高并稳定在几个待测压力值，压力传感器14示数稳定时，相应的记录此时刻下的温度电导12和敏感电位指示器21的示数；

8、缓慢打开泄压调压阀9，使压力传感器14示数逐渐减小，并稳定在几个待测压力值，压力传感器14示数稳定时，相应的记录此时刻下的温度电导12和敏感电位指示器21的示数;

9、关闭稳压调压阀7，切断空压机8电源，打开排空阀19、20，让测量装置主体13内的溶液流回到储液漕1。

实施例1

离子交换膜采用全氟阳离子交换膜，经预处理后与聚四氟乙烯有孔支撑隔板23平行放置，用法兰、密封胶垫将测试装置室13组装固定（离子交换膜24和聚四氟乙烯有孔支撑隔板23位于A、B室中间）。首先，配置0.1mol/L KCl溶液注入储液槽1，关闭开关阀B 10，打开开关阀A 3、排气阀5，运行蠕动泵2向储压罐4泵送溶液，当排气阀5有少量溶液流出时，关闭开关阀A 3，关闭蠕动泵2；接着关闭泄压调压阀9，打开空气压缩机8，调节稳压调压阀7，使气体缓慢进入储压罐4，当排气阀5不再有溶液流出时立即将其关闭；再接着打开开关阀B10、进样阀16，关闭放空阀19、放空阀20，让溶液进入测试装置室13，当有少量溶液进入毛细玻璃管17时，关闭进样阀16；缓慢调节稳压调节阀7，缓慢稳定的升高压力，压力升高至0.6Mpa，每隔0.02Mpa记录一次，记下每个时刻的压力传感器14的读数以及灵敏电位测定仪21显示的流动电位，并绘制图表如附图1 (a)，此时温度/电导检测器12显示温度为21℃、电导为0.1187；根据Helmoltz-Smoluchowski方程：（其中ζ为Zeta电位，△P为施加压力值，为流动电位，ε为相对介电常数，ε₀为真空介电常数，为溶液的黏度，为溶液电导率，即可算得在此浓度此压力下离子交换膜Zeta电位为-2.9mv；

实施例2

离子交换膜采用IONSEP^TM系列异相阳离子交换膜，经预处理后与聚四氟乙烯有孔支撑隔板23平行放置，用法兰、密封胶垫将测试装置室13组装固定（离子交换膜24和聚四氟乙烯有孔支撑隔板23位于A、B室中间）。首先，配置0.2 mol/L KCl溶液注入储液槽1，关闭开关阀B 10，打开开关阀A 3、排气阀5，运行蠕动泵2向储压罐4泵送溶液，当排气阀5有少量溶液流出时，关闭开关阀A 3，关闭蠕动泵2；接着关闭泄压调压阀9，打开空气压缩机8，调节稳压调压阀7，使气体缓慢进入储压罐4，当排气阀5不再有溶液流出时立即将其关闭；再接着打开开关阀B 10、进样阀16，关闭放空阀19、放空阀20，让溶液进入测试装置室13，当有少量溶液进入毛细玻璃管17时，关闭进样阀16；缓慢调节稳压调节阀7，缓慢稳定的升高压力，压力升高至0.6Mpa，每隔0.02Mpa记录一次，记下每个时刻的压力传感器14的读数以及灵敏电位测定仪21显示的流动电位，并绘制图表如附图1 (b)，此时温度/电导检测器12显示温度为18℃、电导为0.2430；根据Helmoltz-Smoluchowski方程：（其中ζ为Zeta电位，△P为施加压力值，为流动电位，ε为相对介电常数，ε₀为真空介电常数，为溶液的黏度，为溶液电导率，即可算得在此浓度此压力下离子交换膜Zeta电位为-2.024mv；

实施例3

离子交换膜采用Flemion阴离子交换膜，经预处理后与聚四氟乙烯有孔支撑隔板23平行放置，用法兰、密封胶垫将测试装置室13组装固定（离子交换膜24和聚四氟乙烯有孔支撑隔板23位于A、B室中间）。首先，配置0.05mol/L KCl溶液注入储液槽1，关闭开关阀B10，打开开关阀A 3、排气阀5，运行蠕动泵2向储压罐4泵送溶液，当排气阀5有少量溶液流出时，关闭开关阀A 3，关闭蠕动泵2；接着关闭泄压调压阀9，打开空气压缩机8，调节稳压调压阀7，使气体缓慢进入储压罐4，当排气阀5不再有溶液流出时立即将其关闭；再接着打开开关阀B 10、进样阀16，关闭放空阀19、放空阀20，让溶液进入测试装置室13，当有少量溶液进入毛细玻璃管17时，关闭进样阀16；缓慢调节稳压调节阀7，缓慢稳定的升高压力，压力升高至0.6Mpa，每隔0.02Mpa记录一次，记下每个时刻的压力传感器14的读数以及灵敏电位测定仪21显示的流动电位，并绘制图表如附图1 (c)，此时温度/电导检测器12显示温度为20℃、电导为0.0620；根据Helmoltz-Smoluchowski方程：（其中ζ为Zeta电位，△P为施加压力值，为流动电位，ε为相对介电常数，ε₀为真空介电常数，为溶液的黏度，为溶液电导率，即可算得在此浓度此压力下离子交换膜Zeta电位为-2.96mv；

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置，包括加压进样系统、有压管段快速连接器、电位测定系统；所述的加压进样系统和电位测定系统由有压管段快速连接器连接，其特征在于：加压进样系统从右至左依次由储液槽、蠕动泵、开关阀A，储压罐、开关阀B依次连接而成；电位测定系统：由测试装置室、连接在进样管段上的温度/电导检测器组成；电位测定系统放空后的溶液可流回储液槽中循环使用。

2.根据权利要求1所述的一种用于测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置，其特征在于：所述的储液槽的出样口位于其左侧下端。

3.根据权利要求1所述的一种用于测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置，其特征在于：所述的储压罐右端进样口连接开关阀A，左端出样口连接开关阀B，进出样口均位于储压罐底端；储压罐中有一密闭胶塞，防止气体进入溶液，密闭胶塞上有一把手，便于更换；储压罐右上侧设排气阀；储压罐顶部加盖密封，罐体材料为不锈钢，罐体顶部设有泄压调压阀及空气压缩机，稳压调压阀左端管通往储压罐内部，右端管连接空气压缩机。

4.根据权利要求1所述的一种用于测定离子交换膜孔径表面Zeta电位的装置，其特征在于：所述的测试装置室分为A、B两室，形状为圆柱形，通过法兰连接，连接处均有密封胶垫；测试装置室材料为ABS，A、B两室中间夹有密封胶垫、离子交换膜样品、聚四氟乙烯网孔支撑隔板；A、B室两侧内部分别设有Ag|AgCl电极，电极两端连接灵敏电位测定仪；A室为密封槽，顶部从左至右依次设有：进样口、压力传感器、浮球阀；B室顶部从左至右依次设有进样口、毛细玻璃管，管下有一接液量杯；A、B室两侧底部均有出液管，各设有放空阀，放空后的溶液循环到储液槽中。