[发明专利]一种中空纤维扩散渗析碱回收膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种中空纤维扩散渗析碱回收膜的制备方法。

背景技术

在造纸、铸铝、化纤、离子交换树脂再生等过程都会产生大量的废碱。如果任其直接排放，将引起严重的环境污染。如果采用中和的方法处理废碱，将消耗大量的酸，并且造成废水中形大量的无机盐，所以碱回收是必须进行的。目前碱回收技术以蒸煮、焚烧为主，少数领域采用纳滤膜法回收，这些方法都有回收运行成本高的缺点。扩散渗析法回收碱，由于基本无运行成本，是碱回收的一种新型、经济的方法。

扩散渗析是利用半透膜或选择透过性离子交换膜，使溶液中的溶质由高浓度一侧通过膜向低浓度一侧迁移的过程。这种过程是以浓度差为动力，所以也称为浓差渗析或自然渗析。它主要用于有机和无机电解质的分离和纯化。在环境工程方面，目前主要用于酸﹑碱废液的处理和回收。

19世纪50年代初，英国化学家T.格雷厄姆开始系统地研究溶液的扩散作用，随后又研究了不同溶质通过半透膜(羊皮纸或棉胶等制成的薄膜)的特性，发现一些溶质的分子或离子能通过半透膜的细孔、而较大的胶体粒子则不能通过的现象，格雷厄姆称此现象为渗析。根据这个原理制成的设备称为渗析器，常用于胶体溶液的浓缩以及核酸﹑蛋白质等高分子化合物的提纯。20世纪50年代，出现了以离子交换膜作为隔膜的扩散渗析器。

国内早在1964年就研制出了扩散渗析膜。但由于膜制备工艺的限制，所得到的膜类似均相离子膜的结构，如聚砜季铵阴膜S203、DF120及过氯乙烯型弱碱性离子交换膜皆为此类膜。

扩散渗析过程中，离子传输的推动力是膜两侧的浓度差，应用唐南（Donnan）平衡的同离子排斥和电中性维持相关理论，实现离子的选择性渗透从而达到分离的目的。该过程分为阳膜扩散渗析（如用于碱的回收）和阴膜扩散渗析（如用于酸的回收）。其中阴膜扩散渗析技术利用阴离子交换膜对氢离子与金属离子的选择透过性不同实现酸与盐的分离，例如将盐酸和氯化铝的混合溶液与水分别置于阴离子交换膜的两侧，由于溶液侧的酸和盐的浓度远高于水侧，酸和盐有向水侧渗透的趋势，但阴离子交换膜具有选择透过性，不会让每种离子以均等的机会通过；首先阴离子膜骨架本身带正电荷，在溶液中具有吸引带负电的水化离子而排斥带正电荷水化离子的特性，故在浓度差的作用下，溶液侧的氯离子被吸引而顺利地透过膜孔道进入水的一侧；同时根据电中性的要求，也会夹带带有正电荷的离子，但由于H+的水化半径比较小，电荷较少，而铝离子的水化离子半径较大，又带有高价电荷，因此氢离子会优先通过膜，这样溶液中的酸就会被分离出来进入水侧，此过程中氢离子的通过是扩散渗析的关键。所用离子交换膜需要具备一些合适的性能，比如在酸性溶液中的稳定性，高的氢离子通过率，对金属离子的高排斥率和低的水通过率等。用于碱回收的阳膜扩散渗析过程与其类似。

在国外，扩散渗析回收酸的技术发展较为迅速，其中具有代表性的国家是美国和日本。美国的Exergy工艺公司开发了一种新的在线扩散渗析技术，并已推向工业应用。该工艺采用离子交换膜处理废硫酸，使其循环使用。系统利用流量计和液位计控制，并设计成全自动方式，膜之间设有定位格架，以保持叠片稳定。酸的回收率可达88%，金属截留率达95%，大大减少了送至废水处理系统的渗析液量，从而降低了中和化学品的消耗量，能耗也大大减少。

以上所述都表明扩散渗析回收膜的技术有着其他膜过程以及蒸馏法无法比拟的优点，但目前的回收碱的扩散渗析膜基本上以平膜为主。平板膜扩散渗析的缺点之一就是单位体积内的膜面积过小，造成处理量偏小。

发明内容

我们针对以上现状，在前人研究的基础上，针对回收碱的扩散渗析膜制备的要求，进行了系列研究与开发，经过多方面试验研究，终于开发出了中空纤维形式的扩散渗析膜，具有处理量大、做成组件占地面积小等特点；在此基础上，根据碱回收扩散渗析膜的要求，继续对中空纤维基膜的选型、基膜等离子体活化处理、接枝处理、功能化单体的种类与配比、功能化反应时间与温度进行研究与优化，最终开发可用于酸回收用的中空纤维扩散渗析膜。

本发明针对现有技术中的不足，提出了扩散渗析膜，具有处理量大、做成组件占地面积小等特点。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

一种中空纤维扩散渗析碱回收膜的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）中空纤维基膜的选取

选用聚丙烯、聚丙烯腈、或尼龙的中空纤维超滤膜为中空纤维基膜；

（2）中空纤维基膜的等离子体活化