[发明专利]一种用于一/多价离子选择性分离的电纳滤装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电渗析结构，具体地说是一种用于一/多价离子选择性分离的基于电渗析及纳滤技术的电纳滤装置。

背景技术

在电场作用下，溶液中的带电的溶质粒子(如离子)通过离子交换膜而定向迁移的现象称为电渗析。该技术主要用于提纯和分离物质，它是20世纪50年代发展起来的一种新技术，最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中处理三废最受重视。

随着电渗析技术的应用领域不断扩大，现实的需求对电渗析技术的处理效果提出更高要求。特别是针对含有相同电荷不同价态离子的混合溶液的选择性分离，例如，在海水浓缩制取食盐、氯碱工业卤水溶盐制碱、盐湖提锂、电镀及湿法冶金工业废酸回收等过程中，均需将二(多)价态离子与一价离子进行选择性分离。而传统的电渗析技术虽然可实现对这些溶液的脱盐处理，达到浓缩和淡化的目的，却很难实现一/多价离子的选择性分离，选择性比较差。

为了实现对溶液中相同电荷不同价态离子的选择性分离，很多学者对电渗析过程的离子交换膜进行了改性处理，使膜具有一/多价离子选择性分离的功能，即单价离子选择性分离膜。

美国化学会期刊Langmuir(2004,20,4989-95.)报道了通过对磺酸型阳离子交换膜磺酰氯化，胺化，季铵化的方法在阳离子交换膜的表面形成了一层荷正电层，并用于H⁺/Zn²⁺体系的分离。基于膜表面的正电荷与H⁺和Zn²⁺静电排斥力的不同，从而实现了H⁺与Zn²⁺的分离，表现出较好的选择性分离效果。然而这种改性方法不适合于大面积制备，设备要求较高，成本高，而且改性层的厚度很难控制。

美国电化学会期刊Electrochemical and Solid-State Letters(2002,5,E55-E58.)介绍了一种将苯胺在阳离子交换膜表面聚合，从而在膜的表面形成一层荷正电的聚苯胺薄层的方法。改性后的膜用于H⁺/Zn²⁺/Cu²⁺体系的选择性分离。同样，基于荷正电层与一价阳离子以及二价阳离子静电排斥力的不同，二价阳离子被膜排斥在溶液内，而H⁺却能得到很容易的传输。然而由于改性材料，价格高昂，环境不友好，且改性层的厚度很难控制，因此此法也很难适合于工业生产。

爱思唯尔期刊Journal of Membrane Science(2014,459,217-222.)报道了一种通过退火处理来提高聚乙烯醇基阳离子交换膜对一/多价阳离子选择性分离功能的方法。经过退火处理的阳离子交换膜表现出较低的Zn²⁺泄漏率及较高的选择透过性。虽然这种改性的方法较为简单，且适宜于工业生产，但是其缺陷也显而易见。即随着膜的结晶度的提高，其H⁺通量也会降低。显然，在保证膜具有较好的选择透过性的同时，如何保证膜具有较高的H⁺通量也是急需解决的难题。

爱思唯尔期刊Journal of Membrane Science(2013,431,113-120.)介绍了一种通过层层自组装的方法对商业阴离子交换膜进行改性处理，虽然改性后膜的选择性有所提高，但是这种仅通过静电作用吸附在膜表面的改性层在长期使用的过程中稳定性较差，以至于选择性逐渐降低。

综合相关资料可见，目前适用于电渗析过程中一/多价离子选择性分离的单价离子选择性分离膜本身很难达到兼具有低成本和长期稳定性的要求，同时存在选择透过性与离子通量不可兼得的突出问题。