[发明专利]一种多金属氧酸盐类化合物、制备方法及其在正渗透膜分离技术上的应用

说明书

本发明属于正渗透技术领域，具体涉及一种多金属氧酸盐类化合物、制备方法及其在正渗透膜分离技术上的应用。本发明通过一锅反应法，设计并制备了多金属氧酸盐类化合物，其水溶性好，在水中可电离多个阳离子和一个高价阴离子，可提供高渗透压，且较大的阴离子结构可与水分子形成网状结构，有效地减少多金属氧酸盐类化合物的逆向扩散。多金属氧酸盐类化合物作为汲取溶质的回收操作简便且可以重复使用。将这一基于多金属氧酸盐类汲取溶质的正渗透技术应用于水处理相关领域，可表现出较好的性能，克服现有汲取溶质存在的水通量差、不易再生、反渗现象严重等缺陷。

技术领域

本发明属于正渗透技术领域，具体涉及一种多金属氧酸盐类化合物、制备方法及其在正渗透膜分离技术上的应用。

背景技术

淡水资源短缺和水污染严重已成为影响人类生存发展的全球性问题，为减轻水污染，科研人员致力于各种高效新兴技术手段的开发。膜分离技术由于具有高效、环保、工艺简单等特征，广泛地应用于生活与工业生产中。传统的膜分离技术是利用膜的选择透过性，以膜两侧间的压力差作为驱动力，使得混合物中的不同组分选择性透过膜，从而达到分离、提纯和浓缩的目的。但这些膜技术在应用过程中常存在能耗高和膜污染严重等问题。正渗透作为一种渗透压差驱动的膜过程， 依靠半透膜两侧溶液的渗透压差使得水分子自发地进行扩散。与传统的膜技术相比，正渗透具有能耗低、膜污染低、回收率高等优点，在海水脱盐、发电、工业废水处理、食品工业、航天工业、制药工业等领域具有潜在的应用价值。

汲取液作为正渗透技术的关键组成部分，其种类及物理、化学性质直接影响水通量和盐通量的变化，而制约正渗透技术发展的主要原因则是将汲取溶质从稀释的汲取液中回收再利用产生的高能耗。因此，理想的汲取溶质应当满足一下条件：①具有较高的渗透压；② 无毒，在水中能够安全稳定存在；③ 易于从稀释的汲取液中回收再利用；④ 易于制备，成本低；⑤ 与正渗透膜具有兼容性。

无机盐离子如NaCl、NH₄HCO₃等具有较高渗透压和较小的相对黏度，能产生较高的水通量，但其存在反向溶质通量大、回收效率低的问题。糖类和有机盐如葡萄糖、EDTA配合物、水凝胶等具有较低的反向溶质通量，但其相对黏度大，水通量较低，回收过程耗能高。近年来，一些研究者致力于智能型汲取溶质的研发，比如热敏性水凝胶、磁性纳米颗粒、极性非极性可切换汲取液等。这些智能汲取溶质通过环境刺激与水分离，在回收方面具有明显优势，但是回收过程存在回收不完全、纳米粒子易于团聚等问题，且水通量较低。

为了克服汲取溶质普遍存在的水通量差、不易再生、反渗现象严重的等缺点，开发研究水通量高、易回收、反向溶质通量低的汲取溶质具有极大的意义。

发明内容

本发明目的在于通过一锅反应法，设计并制备了多金属氧酸盐类化合物，将其作为正渗透汲取溶质应用于正渗透技术并进行回收。多金属氧酸盐类化合物水溶性好，在水中可电离多个阳离子和一个高价阴离子，可提供高渗透压，且较大的阴离子结构可与水分子形成网状结构，有效地减少多金属氧酸盐类化合物的逆向扩散。正渗透过程结束后，被稀释的多金属氧酸盐类汲取液通过投加酸碱液控制沉淀的析出和再溶解，从而使汲取溶质达到循环使用的目的。多金属氧酸盐类化合物作为汲取溶质的回收操作简便且可以重复使用。将这一基于多金属氧酸盐类汲取溶质的正渗透技术应用于水处理相关领域，可表现出较好的性能，克服现有汲取溶质存在的水通量差、不易再生、反渗现象严重等缺陷。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种多金属氧酸盐类化合物汲取溶质，包括无机多金属氧酸盐或有机无机杂化多金属氧酸盐中的任意一种或两种。

其中无机多金属氧酸盐的制备方法，具体为：将金属氧化物或无机盐溶解在酸碱溶液中，在50 ℃水浴条件下将过量的水溶液蒸发至近饱和状态，于室温冷却结晶，过滤后得到高纯度的无机多金属氧酸盐。在反应过程中，保持溶液的pH在特定值不变，以获得较高的收率。若需添加杂原子，则无机盐的选择为添加含杂原子的无机盐。