CN208893990U - 一种半透双极膜电渗析分离氘的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种半透双极膜电渗析分离氘的装置，利用水中氘(D)的相比于氢(H)不易电离的天然特性，通过半透双极膜的单向透水性和离子选择透过性，应用电渗析原理，在电场的作用下，对水中的氘(D)进行分离与浓缩，同时备制可以饮用的低氘水。与现有技术相比，本实用新型可以以更低的能耗，更加廉价的设备，更加绿色环保方式对水中氘(D)进行分离与浓缩，并且同时生产出纯净的低氘水。
Description
技术领域
本实用新型涉及应用双极膜电渗析分离氘的技术领域，具体为一种半透双极膜电渗析分离氘的装置。
背景技术
自然界中氢元素(H)的同位素氘(D)以约150ppm(百万分之一)的浓度广泛分布于水中，即以重水(分子式HDO或D2O)的形态存在于自然界的水中。氘(D)是核工业中重要的原材料，同时将水中的重水分离后产生的低氘水(氘(D)含量低于145ppm)是更加理想的饮用水，所以氘的浓缩和低氘水的备制有很高的实际价值。
目前对水中氘(D)分离与低氘水的备制主要通过以下三种途径实现：1)电解水法；2)真空反复蒸馏法；3)化学置换法。其中第一种方法分离效果最好，但是能耗极高，而且设备费用很高；第二种方法除了能耗高之外，氘(D)分离效果不是很好；第三种方法会对分离后的水和环境造成污染，不能饮用，后期处理复杂。
申请号为CN201710341585.7的发明专利公开了一种制备多种浓度低氘水的精馏工艺系统，包括氮气供气系统、原料水供应系统、第一水精馏系统、第一氘水收集系统、第一换热系统、第一监测控制系统、第二水精馏系统、第二氘水收集系统、第二换热系统、第二监测控制系统、第三水精馏系统、第三氘水收集系统、第三换热系统、第三监测控制系统。本发明还提供了该精馏工艺系统的实现方法。该发明逻辑严谨、设计完备，可提高氢氘分离效率，并提供满足不同需求的浓度的低氘水。但其结构相对复杂，设备成本及能耗高，无法通过简单操作实现。
所以目前需要一种可以简单操作，且造价低、环保性高的分离氘的装置。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种半透双极膜电渗析分离氘的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。该装置不仅结构简单、成本低、能耗低，并且以绿色环保的方式对水中氘(D)进行分离与浓缩，同时生产出纯净的低氘水。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种半透双极膜电渗析分离氘的装置，包括若干个交替设置的低氘水腔与重水腔，其中所述重水腔与左侧低氘水腔通过阴极半透双极膜连接，与右侧的低氘水腔通过阳极半透双极膜连接，最左端低氘水腔的左侧通过阳极半透双极膜连接有阴极极液腔，最右端低氘水腔的右侧通过阴极半透双极膜连接有阳极极液腔，所述阴极极液腔左侧设有电阴极板，所述阳极极液腔右侧设有电阳极板；
所述阴、阳极半透双极膜通过透水率不同的阴、阳离子膜由右至左复合成型；
所述重水腔、低氘水腔、阴极极液腔及阳极极液腔底部均设有进水口，其顶部均设有出水口。
进一步地，所述阴极半透双极膜采用对阴离子膜打孔的方式或者选用亲水高分子材料以提高其阴离子膜的透水性，并与普通的阳离子膜复合成型制作出阴极半透双极膜，对应的，所述阳极半透双极膜采用对阳离子膜打孔的方式或者选用亲水高分子材料以提高其阳离子膜的透水性，并与普通的阴离子膜复合成型制作出阳极半透双极膜。
进一步地，所述复合成型方式包括热压成型或粘合成型。
进一步地，所述阴极半透双极膜或阳极半透双极膜复合成型过程中，其中间添加有水解离催化剂，以增强半透双极膜水解离性能。
进一步地，所述重水腔中添加有离子交换树脂填充物以催化水解离，同时降低膜堆电阻。
进一步地，所述低氘水腔中添加有泡沫镍填充物或金属绝缘隔板，形成微电场，以增强半透双极膜离子通过性同时增强其机械强度。
本实用新型带来的有益效果有：
与现有技术相比，本实用新型可以以更低的能耗，更加廉价的设备，更加绿色环保方式对水中氘(D)进行分离与浓缩，且操作步骤简单，不需借助过于复杂设备，同时生产出纯净的低氘水。
附图说明
图1是本实用新型一种半透双极膜电渗析分离氘的装置的示意图。
图2是本实用新型一种半透双极膜电渗析分离氘的装置中阴离子膜或阳离子膜的打孔示意图。
图中：1-电阴极板、2-阳极半透双极膜、3-阴极半透双极膜、4-电阳极板、5-阴极极液腔、6-低氘水腔、7-重水腔、8-阳极极液腔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型申请的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
参阅图1-2，一种半透双极膜电渗析分离氘的装置，包括1个长方形的重水腔7，重水腔7两侧均连接有1个低氘水腔6，其与左侧低氘水腔6通过阴极半透双极膜3连接，与右侧的低氘水腔6通过阳极半透双极膜2连接，左侧低氘水腔6的左侧与阴极极液腔5通过阳极半透双极膜2连接，右侧低氘水腔6的右侧与阳极极液腔8通过阴极半透双极膜3连接，阴极极液腔5左侧设有电阴极板1，阳极极液腔8右侧设有电阳极板4。
重水腔7、低氘水腔6、阴极极液腔8及阳极极液腔5顶部均设有出水口，其底部均设有进水口。
其中阴极半透双极膜3选用均匀地设有120个Φ3mm圆孔的400×300mm的阴离子膜，与普通的阳离子膜由右至左热压成型双极膜，阳极半透双极膜2选用普通的阴离子膜与均匀地设有120个Φ3mm圆孔的400×300mm的阳离子膜，由右至左热压成型双极膜，阴、阳离子膜热压时中间层设有FeCl3作为催化剂，以增强阴、阳极半透双极膜中水的解离性能。
重水腔7中添加离子交换树脂填充物以催化水解离，同时降低膜堆电阻。在低氘水腔6中添加泡沫镍填充物，形成微电场，以增强半透双极膜离子通过性同时增强其机械强度。
本装置的工作原理：
通过选用设有120个Φ3mm圆孔的400×300mm的半透膜和普通半透膜热压成型的方式制作阴、阳极半透双极膜，使得阴、阳极半透双极膜的两侧离子膜透水性能不同，进而水会选择从设有圆孔的一侧渗入，并在其中解离出H+和OH-离子，以达到本装置的设计目的。并且根据现有技术可知，普通离子膜的透水率在1.0ml/cm2·h以下，而通过设有圆孔后，其透水率将超过1.0ml/cm2·h，起到了很好的渗入效果。
实施例2
参阅图1-2，一种半透双极膜电渗析分离氘的方法，该方法应用于实施例1中的装置，其包括以下步骤：
步骤S1：选用400×300mmTRJAM标准阴离子膜均匀地打120个Φ3mm圆孔，与TRJCM标准阳离子膜由右至左热压成型阴极半透双极膜3。对应的，选用400×300mmTRJAM标准阳离子膜均匀地打120个Φ3mm圆孔，与TRJCM标准阴离子膜由左至右热压成型阳极半透双极膜2。
步骤S2：将上述阳极半透双极膜2与阴极半透双极膜3在电渗析器腔体内交替排列，形成由设置于两端的阴极极液腔5、阳极极液腔8及设置于其间交替排列的低氘水腔6与重水腔7组成的电渗析器，其中重水腔7两侧均连接低氘水腔6，其与左侧低氘水腔6通过阴极半透双极膜3连接，与右侧的低氘水腔6通过阳极半透双极膜2连接，左端低氘水腔6的左侧与阴极极液腔5通过阳极半透双极膜2连接，右端低氘水腔6的右侧与阳极极液腔8通过阴极半透双极膜3连接，阴极极液腔5左侧安装电阴极板1，阳极极液腔8右侧安装电阳极板4。
步骤S3：从各腔体底部进水口通入普通水，使各腔体内形成水环境，在电阴极板1和电阳极板4之间施加一定电压，并通过加大重水腔7底部进水口压力使重水腔7水压高于两侧低氘水腔6一定值，则重水腔7中的水将不断渗入两侧的阴极半透双极膜3和阳极半透双极膜2并水解为H+和OH-离子，并各通过阴极半透双极膜3和阳极半透双极膜2进入左右两侧的低氘水腔6中,阴极极液腔5中的水渗入其右侧的阳极半透双极膜2并水解为H+和OH-离子，其OH-离子通过阳极半透双极膜2进入左侧的低氘水腔6中，同理阳极极液腔8中的水也渗入其左侧的阴极半透双极膜3，最终H+离子进入右侧的低氘水腔6中，最终在左右侧的低氘水腔6中H+和OH-离子重新组成无氘水并从其顶部出水口排出，而重水腔7中的重水(D2O)和半重水(HDO)由于其天然特性，相较于水的不易水解性，在重水腔7中被隔离，并不断被浓缩，最终从重水腔7顶部出水口被排出。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“顶部”、“底部”、“左端”、“右端”，等指示的方向或位置关系为基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
以上对本实用新型的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。在不脱离本实用新型方法构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型确定的专利保护范围。
Claims (4)
1.一种半透双极膜电渗析分离氘的装置，其特征在于：包括若干个交替设置的低氘水腔与重水腔，其中所述重水腔与左侧低氘水腔通过阴极半透双极膜连接，与右侧的低氘水腔通过阳极半透双极膜连接，最左端低氘水腔的左侧通过阳极半透双极膜连接有阴极极液腔，最右端低氘水腔的右侧通过阴极半透双极膜连接有阳极极液腔，所述阴极极液腔左侧设有电阴极板，所述阳极极液腔右侧设有电阳极板；
所述阴、阳极半透双极膜通过透水率不同的阴、阳离子膜由右至左复合成型；
所述重水腔、低氘水腔、阴极极液腔及阳极极液腔底部均设有进水口，其顶部均设有出水口。
2.根据权利要求1所述的一种半透双极膜电渗析分离氘的装置，其特征在于：所述阴极半透双极膜采用对阴离子膜打孔的方式或者选用亲水高分子材料以提高其阴离子膜的透水性，并与阳离子膜复合成型制作出阴极半透双极膜，对应的，所述阳极半透双极膜采用对阳离子膜打孔的方式或者选用亲水高分子材料以提高其阳离子膜的透水性，并与阴离子膜复合成型制作出阳极半透双极膜。
3.根据权利要求2所述的一种半透双极膜电渗析分离氘的装置，其特征在于：所述复合成型方式包括热压成型或粘合成型。
4.根据权利要求1所述的一种半透双极膜电渗析分离氘的装置，其特征在于：所述低氘水腔中添加有泡沫镍填充物或金属绝缘隔板，形成微电场，以增强半透双极膜离子通过性同时增强其机械强度。
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| CN201821061366.XU CN208893990U (zh) | 2018-07-05 | 2018-07-05 | 一种半透双极膜电渗析分离氘的装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111921345A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-13 | 深圳市瑞麟科技有限公司 | 氘气发生器重水回收装置 |
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2018
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