[发明专利]利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置

说明书

本发明公开了一种利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，包括由正渗透膜分隔的原料液组件和水凝胶汲取液组件、汲取液侧导热组件、汲取液侧温控组件与汲取液侧净水收集口。温敏水凝胶在特定温度范围内具有亲水溶胀(高渗透压)特性，可用作正渗透汲取液。高温或低温条件下，水凝胶可转变为疏水消溶胀(低渗透压)特性，可用作汲取液再生并产生净水。温敏水凝胶汲取液可通过不同合成方法制备出不同的组分与形态，可作为填充物或基材整合入其它体系。此装置包括：阶段模式(分别正渗透与汲取液再生)与同步模式(同时正渗透与汲取液再生)。水凝胶汲取液除水可利用不同的温度调节方式。此模块化装置可用于即时净水生成。

技术领域

本发明涉及正渗透工艺技术领域，具体涉及一种利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置。

背景技术

正渗透是一种膜技术，此工艺利用膜两侧的渗透压差(驱动力)只使水分子从渗透压较低的原料液侧透过膜传输到渗透压较高的汲取液侧，过程中达到原料液的除水或预浓缩功能。(图1)

汲取液材料可根据不同原料液浓缩程度需求采用不同的材料，例如：多元醇、无机盐、离子液体、水凝胶等。正渗透的应用包括废水处理、海水淡化、也可预浓缩饮料、药用化合物以及生物分子。与反渗透比较，正渗透除了更低的设备成本，也无需巨大的水压(低压降低膜污化所导致的堵塞)，膜污染层也可更轻易地被去除而延长膜使用寿命(US9687788B2)。

汲取液是实现高正渗透效率(即高水通量)和高经济效益的关键组分。除了提供高渗透压外，理想汲取液需对外部刺激具有响应性，这有助于在不同外部条件调控下达到汲取液再生及重复使用，同时产生净水。

水凝胶汲取液不具有反向渗透的问题，应用方式包括涂步于膜表面或直接在正渗透膜上官能化。(US 2016/0082391 A1)然而，水凝胶与正渗透膜的界面紧密结合一般需要复杂的化学或工艺。除此之外，如欲更换或再生水凝胶汲取液也需要繁琐的步骤。

现有的温敏水凝胶汲取液包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)、聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(Pluronics)、功能化水凝胶(壳聚糖，纤维素，蛋白质等)、离子液体凝胶等。(AU 2015237315 B2)目前这方面的研究局限于个别水凝胶配方与正渗透水通量的提高，缺乏相关如何把水凝胶类汲取液用于实际操作的研究。

碳酸氢铵作为汲取液可以通过加热到65℃分解成二氧化碳和铵的方式来回收，但该方法存在严重汲取液溶质逆向扩散和产水中残留铵的缺点(US9433901B2)。相关文献也报导过水凝胶放入多孔泡沫类聚合物的复合材料作为汲取介质的工作(WO2017045114A1)。然而，这种复合材料需要特殊制备的微凝胶，且需要确保微凝胶与泡沫聚合物的界面兼容性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种温敏水凝胶正渗透及汲取液再生模块化装置。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，用于不同规模的即时净水生成，所述再生模块化装置包括依次连接的原料液组件1、水凝胶汲取液组件3、汲取液侧导热组件5和汲取液侧温控组件6，其中，原料液组件1和水凝胶汲取液组件3之间设置有正渗透膜2分隔，所述水凝胶汲取液组件3的底部设置有汲取液侧净水收集口4；

所述水凝胶汲取液组件3用于填装水凝胶汲取液，正渗透运行时可为开启或密封状态；

所述汲取液侧导热组件5导热予水凝胶汲取液；

所述温敏水凝胶具有低临界溶液温度(LCST)或高临界溶液温度(UCST)，可通过温度调控达到亲水溶胀(用作正渗透汲取液)或疏水消溶胀(用作汲取液再生)的状态转换；所述亲水溶胀的状态用作正渗透汲取液，所述疏水消溶胀的状态用作汲取液再生，并产生净水。