海水淡化用亲水性渗透蒸发膜

摘要

本发明公开了海水淡化用亲水性渗透蒸发膜,成膜料液是采用亲水性膜基质。在盐水温度为50～70℃,淡水收集侧真空度为5—10KPa,温度为3～25℃的冰水或流动自来水时,该渗透蒸发膜通量达10～20Kg/m

说明书

本发明涉及海水淡化用亲水性渗透蒸发膜。

海水淡化法中，传统的直接蒸馏法因能源利用率低、装置复杂、占地面积大、存在换热器表面结垢等问题，已逐渐被膜分离法所取代。膜法中较成熟的有反渗透和电渗析技术。但前者需高压，存在膜的稳定性问题，对设备要求高，水预处理费用高，常需进行多级淡化处理。而后者则消耗大量电能，设备复杂，且很难达到高分离度。近年来人们将亲水性膜和汽化相结合进行盐水分离，它可利用低温热源与废热，在负压下运行，操作简单，易于放大。该法是基于水分子能够透过溶胀的亲水性高分子网络，不需要物理孔隙，因而此膜对水分子的选择性好，使用寿命长。但是至今国内外报道的这种膜的水通量一般较小，多用于有机物和生物分子中脱除微量水，而没有成功地用于海水脱盐的报导。

本发明的目的在于提供一种通量大、一次分离度高，可扩大渗透蒸发应用领域而且成本低廉的海水淡化用亲水性渗透蒸发膜。

本发明的成膜料液是采用亲水性膜基质：(1)2～14％聚乙烯醇水溶液；(2)1-15％聚乙二醇和2-20％碱金属水溶液；(3)2～15％的酸性水溶液；(4)1～30％的C₁-C₆的醛水溶液；(1)∶(2)∶(3)∶(4)＝100∶15-150∶0.1-3.0∶0.1-2。

该渗透蒸发膜在盐水温度为50～70℃，淡水收集侧真空度为5-10KPa，温度为3～25℃的冰水或流动自来水时，通量达10～20Kg/m²h以上，一次分离度＞99％(或淡水电导率＜100μs/cm)。当NaCl溶液浓度提高到8％时，膜性能仍然不变。当用于海水淡化时，只需配备砂滤等简单预处理设备。此高分子膜既可制成独立膜，也可作为分离活性层涂覆在多孔材料上制成复合膜，当调整相应工艺时均能得到以上分离性能，从而可依据需要制成不同形式的脱盐膜分离设备。当设计适当装置时，可利用各种形式的天然热源和人工动力制备淡水而无需采用电力，以应非常环境急需。本发明的膜性能打破了传统亲水性渗透蒸发膜水通量小的局限性，拓展了渗透蒸发膜过程的实际应用领域，使渗透蒸发膜过程用于海水淡化、苦咸水脱盐、去除饮水中有害重金属离子、电厂锅炉补水等领域，也可望用于血浆等需保持生物活性的物质脱水及有机溶剂脱水等领域。

实施例1：

(1)、称2g聚乙烯醇，加入98g蒸馏水，在80℃恒温条件下，不断搅拌，待PVA完全溶解后，继续搅拌30min，补加水份到原来的浓度，滤网过滤除去不溶物。(2)、在50℃时，配制含10％的聚乙二醇和8.5％的氯化钠的水溶液，溶解30min后，室温静置24小时待用。(3)、配制含5％的硫酸和硝酸(体积比为1∶1)水溶液。(4)、配制浓度为2％的乙二醛水溶液。

将溶液(1)，(2)，(3)，(4)按100∶15∶2∶2的比例反应，当获得较适宜粘度时，静置脱泡即得待用制膜液。

刮膜：将干燥的塑料薄膜贴于湿润的玻璃板上，调整到完全水平后，将静置脱泡后的膜液均匀地刮在塑料基材上制成独立平板膜。

膜液干燥：涂好的湿膜在制膜室内，用红外灯照射，控制温度为30～50℃，使膜液干燥、交联。

膜的应用：将所制备独立平板膜小心地从基体上剥落下来，并置水中浸泡24小时后取出，将其紧贴于多孔陶瓷支撑板上，在平板式分离装置上实施渗透蒸发脱盐过程，运行50min后，膜性能稳定。

分离条件为：盐水温度55℃，淡水收集侧真空度为5KPa，温度为5℃的冰水。

                            平板膜分离性能

NaCl的浓度(％)    通量(Kg/m²h)淡水电导率(μs/cm)    0    11.0    43.0    2    11.3    45.0    3.5    11.0    46.3    5    10.8    42.2    8    11.5    44.5

实施例2：

(1)、称7g聚乙烯醇，加入100g蒸馏水，在90℃恒温条件下，不断搅拌，待PVA完全溶解后，继续搅拌40min，补加水份到原来的浓度，滤网过滤除去不溶物。(2)、在50℃时，配制含15％聚乙二醇和20％草酸钠的水溶液，溶解20～40min后，室温静置24小时待用。(3)、配制含10％的盐酸水溶液。(4)、配制浓度为10％的戊二醛水溶液。

将溶液(1)，(2)，(3)，(4)按100∶20∶2∶1.2的比例反应，当获得较适宜粘度时，静置脱泡即得待用制膜液。

涂膜：将多孔塑料管(长0.25米，外径1.7cm)置于外管式涂膜装置上，匀速垂直通过膜液后，基体管上即涂上一层均匀的亲水性高分子膜。

膜的干燥：涂好的湿膜在制膜室内，用红外灯照射，控制温度为30～50℃，使膜液干燥、交联。

膜的应用：将管式复合膜，置水中浸泡24小时后，直接在相应的分离装置上实施渗透蒸发脱盐过程，运行20min后，膜性能稳定。

分离条件为：温度为70℃的人工模拟海水(3.5％)，淡水收集侧真空度为7KPa，用温度为20℃的自来水冷却，所得淡水通量为11Kg/m²h，淡水电导率为15μs/cm。

实施例3：

(1)、称14g聚乙烯醇，加入100g蒸馏水，在85℃恒温条件下，不断搅拌，待PVA完全溶解后，继续搅拌50min，补加水份到原来的浓度，滤网过滤除去不溶物。(2)、在50℃时，配制含2％聚乙二醇和4％的硝酸钠和3％的硫化钠(体积比为2∶1)水溶液，溶解40min后，室温静置24小时待用。(3)、配制含15％的盐酸和醋酸(体积比2∶1)水溶液。(4)、配制浓度为30％的甲醛水溶液。

将溶液(1)，(2)，(3)，(4)按100∶100∶0.2∶0.8的比例反应，当获得较适宜粘度时，静置脱泡即得待用制膜液。

刮膜、膜的干燥和膜的应用同实施例2。

分离条件为：盐水温度70℃，淡水收集侧真空度为7KPa，温度为21℃的自来水。

                    管式复合膜分离性能

  NaCl的浓度(％)  通量(Kg/m²h)淡水电导率(μs/cm)    0    9.90    12.0    2    10.1    13.0    3.5    10.4    14.0    5    10.0    13.5    8    10.3    17.0

实施例4：

(1)、称10g聚乙烯醇，加入100g蒸馏水，在80℃恒温条件下，不断搅拌，待PVA完全溶解后，继续搅拌20min，补加水份到原来的浓度，滤网过滤除去不溶物。(2)、在50℃时，配制含2％聚乙二醇和7％的硫化钠水溶液，溶解20min后，室温静置24小时待用。(3)、配制含2％的硫酸水溶液。(4)、配制浓度为8％的甲醛水溶液。

将溶液(1)，(2)，(3)，(4)按100∶150∶3∶2的比例反应，当获得较适宜粘度时，静置脱泡即得待用制膜液。

刮膜、膜的干燥和膜的应用同实施例2。

分离条件为：渤海湾深海区海水经G4型砂芯漏斗过滤后，加热至约65℃，淡水收集侧真空度为6KPa，温度为6℃的冰水。所得淡水通量为20.7Kg/m²h，淡水电导率14.0μs/cm。