本發(fā)明涉及聚環(huán)氧琥珀酸(pesa)作為汲取液在正滲透上的應(yīng)用，屬于環(huán)境污染控制工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

正滲透是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型膜分離技術(shù)，它是依靠半滲透膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力自發(fā)實(shí)現(xiàn)水傳遞的膜分離過(guò)程，是目前膜技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。正滲透具有低能耗、低膜污染和高截留率的優(yōu)勢(shì)，在許多領(lǐng)域如海水淡化、飲用水處理和廢水處理中有很好的應(yīng)用前景。

正滲透膜的制備和汲取液的選擇是正滲透研究當(dāng)中的兩大核心技術(shù)，美國(guó)hti公司已經(jīng)研制出商品化的正滲透膜并表現(xiàn)出良好的性能，此外許多研究也致力于對(duì)現(xiàn)有的膜進(jìn)行膜改性提高其性能，因此選擇合適的汲取液就顯得尤為重要。理想的汲取液需要具備以下特點(diǎn)：無(wú)毒無(wú)害、高滲透壓、低反向溶質(zhì)通量、便于回收利用以及與正滲透膜兼容。

科研工作者對(duì)于汲取液的研究工作從未停止過(guò)，傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)鹽如氯化鈉，可以產(chǎn)生高水通量，但是它過(guò)高的反向溶質(zhì)通量以及復(fù)雜的回收過(guò)程增加其應(yīng)用的成本；碳酸氫銨被認(rèn)為是一種理想的汲取液，因?yàn)楫?dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)它可以分解為二氧化碳和氨氣，方便回收利用，但是殘留在水體中的氨氣難以去除影響水質(zhì)口感；一些研究者發(fā)現(xiàn)磁性納米顆粒也可以作為汲取液并且回收方法簡(jiǎn)單方便，但是在回收過(guò)程中納米顆粒物易發(fā)生團(tuán)聚，這是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題；有些科研工作者嘗試用合成的環(huán)保型水凝膠作為汲取液，但是在實(shí)際操作過(guò)程中其水通量很小并且性質(zhì)不穩(wěn)定。

為了使正滲透技術(shù)更好的發(fā)展，急需尋找一種高效的汲取溶質(zhì)。高分子聚合物電解質(zhì)最近受到了很多科研工作者的關(guān)注，它們?cè)谒芤褐腥芙庑院芎每梢援a(chǎn)生高滲透壓，并且其高分子量和延展結(jié)構(gòu)可以減少反向溶質(zhì)通量，方便回收利用。聚丙烯酸鈉和聚天冬氨酸最近被一些科研工作者證實(shí)具有較高的水通量、較小的反向溶質(zhì)通量，并且可用納濾反滲透等技術(shù)回收利用。由于高分子聚合物電解質(zhì)具有的諸多優(yōu)勢(shì)，加上現(xiàn)有的傳統(tǒng)正滲透驅(qū)動(dòng)劑存在反向溶質(zhì)通量高、回收利用困難的缺陷，因此對(duì)于高分子聚合物電解質(zhì)作為正滲透汲取液還需要投入更多的研究工作，還需開(kāi)發(fā)更多高效的汲取溶質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種聚環(huán)氧琥珀酸作為汲取液在正滲透上的應(yīng)用，本發(fā)明以聚環(huán)氧琥珀酸作為正滲透汲取液，新型綠色環(huán)保，無(wú)毒無(wú)害且可以生物降解,高分子量和延展結(jié)構(gòu)可以減少反向溶質(zhì)通量，回收方便，處理后的聚環(huán)氧琥珀酸溶液可以直接回用到循環(huán)冷卻系統(tǒng)用來(lái)緩解系統(tǒng)的結(jié)垢現(xiàn)象，避免了回收利用降低了能耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

聚環(huán)氧琥珀酸作為汲取液在正滲透上的應(yīng)用，聚環(huán)氧琥珀酸作為汲取液用以提高正滲透性能。

本發(fā)明優(yōu)選的，在所述應(yīng)用中，以濃度為0.05～0.5g/ml的聚環(huán)氧琥珀酸為汲取液，以苦堿水、海水、垃圾滲濾液、工業(yè)廢水或生活污水作為原料液，fo-tfc聚酰胺膜作為膜層，正滲透膜組件采用活性層朝向汲取液或活性層朝向原料液兩種模式運(yùn)行，以蠕動(dòng)泵作為輸送動(dòng)力，錯(cuò)流速度為6～30cm/s，正滲透溫度為20～50℃。

本發(fā)明優(yōu)選的，聚環(huán)氧琥珀酸的濃度為0.2～0.3g/ml，最為優(yōu)選的，聚環(huán)氧琥珀酸的濃度為0.2g/ml。

本發(fā)明優(yōu)選的，以苦堿水為原料液。

本發(fā)明優(yōu)選的，膜取向選用正滲透膜的活性層朝向汲取液。

本發(fā)明優(yōu)選的，錯(cuò)流速度為17～25cm/s，最為優(yōu)選的，錯(cuò)流速度為17cm/s。

本發(fā)明優(yōu)選的，正滲透溫度為25～35℃，最為優(yōu)選的，正滲透溫度為35℃。

本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)技術(shù)方案，聚環(huán)氧琥珀酸作為汲取液在正滲透上的應(yīng)用，以濃度為0.1～0.2g/ml的聚環(huán)氧琥珀酸為汲取液，以苦堿水作為原料液，fo-tfc聚酰胺膜作為膜層，正滲透膜組件采用活性層朝向汲取液模式運(yùn)行，以蠕動(dòng)泵作為輸送動(dòng)力，錯(cuò)流速度為17～25cm/s，正滲透溫度為25～35℃。

本發(fā)明最為優(yōu)選的一個(gè)技術(shù)方案，聚環(huán)氧琥珀酸作為汲取液在正滲透上的應(yīng)用，以濃度為0.2g/ml的聚環(huán)氧琥珀酸為汲取液，以苦堿水作為原料液，fo-tfc聚酰胺膜作為膜層，正滲透膜組件采用活性層朝向汲取液模式運(yùn)行，以蠕動(dòng)泵作為輸送動(dòng)力，錯(cuò)流速度為17cm/s，正滲透溫度為35℃。

本發(fā)明所用原料及設(shè)備均為現(xiàn)有技術(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明將聚環(huán)氧琥珀酸作為正滲透的汲取液用于處理苦堿水、海水、垃圾滲濾液、工業(yè)廢水或生活污水取得的意想不到的效果。聚環(huán)氧琥珀酸結(jié)構(gòu)單元上具有能電離的基團(tuán)，可以在水中電離出大量的離子，因此可以產(chǎn)生相對(duì)較高的滲透壓保證其高效的水通量。與傳統(tǒng)的汲取液相比，其具有高分子量和延展結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此可以減少反向溶質(zhì)通量，并且方便回收利用。另外，聚環(huán)氧琥珀酸也是一種高效環(huán)保的緩蝕阻垢劑，因此經(jīng)過(guò)稀釋過(guò)后的汲取液也可以直接應(yīng)用到循環(huán)冷卻系統(tǒng)，緩解冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢問(wèn)題，省去了回收利用工序節(jié)約了工業(yè)成本。因此將聚環(huán)氧琥珀酸作為正滲透的汲取液具有很好的推廣應(yīng)用的前景。

附圖說(shuō)明

圖1是pesa與nacl、pasp的反向溶質(zhì)通量和水通量比值的對(duì)比圖

圖2是用pesa作為汲取液處理苦咸水與的實(shí)驗(yàn)效果圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。

fo-tfc聚酰胺膜來(lái)源于澳大利亞悉尼科技大學(xué)(uts)。

實(shí)施例1

聚環(huán)氧琥珀酸作為汲取液在正滲透上的應(yīng)用，以濃度為0.2g/ml的聚環(huán)氧琥珀酸為汲取液，以苦堿水作為原料液，fo-tfc聚酰胺膜作為膜層，正滲透膜組件采用活性層朝向汲取液模式運(yùn)行，以蠕動(dòng)泵作為輸送動(dòng)力，錯(cuò)流速度為17cm/s，正滲透溫度為25℃。

實(shí)施例2

聚環(huán)氧琥珀酸作為汲取液在正滲透上的應(yīng)用，以濃度為0.1g/ml的聚環(huán)氧琥珀酸為汲取液，以苦咸水作為原料液，fo-tfc聚酰胺膜作為膜層，正滲透膜組件采用活性層朝向原料液模式運(yùn)行，以蠕動(dòng)泵作為輸送動(dòng)力，錯(cuò)流速度為17cm/s，正滲透溫度為35℃。

實(shí)施例3

聚環(huán)氧琥珀酸作為汲取液在正滲透上的應(yīng)用，以濃度為0.2g/ml的聚環(huán)氧琥珀酸為汲取液，以海水作為原料液，fo-tfc聚酰胺膜作為膜層，正滲透膜組件采用活性層朝向汲取液模式運(yùn)行，以蠕動(dòng)泵作為輸送動(dòng)力，錯(cuò)流速度為25.5cm/s，正滲透溫度為35℃。

實(shí)施例4

聚環(huán)氧琥珀酸作為汲取液在正滲透上的應(yīng)用，以濃度為0.15g/ml的聚環(huán)氧琥珀酸為汲取液，以苦咸水作為原料液，fo-tfc聚酰胺膜作為膜層，正滲透膜組件采用活性層朝向汲取液模式運(yùn)行，以蠕動(dòng)泵作為輸送動(dòng)力，錯(cuò)流速度為17cm/s，正滲透溫度為45℃。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)例

為了驗(yàn)證本發(fā)明應(yīng)用的效果，加以實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置和膜組件均從澳大利亞悉尼科技大學(xué)(uts)購(gòu)置。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中汲取液是pesa溶液。實(shí)驗(yàn)裝置中的兩個(gè)泵用來(lái)驅(qū)動(dòng)原料液和汲取液在膜的兩側(cè)錯(cuò)流循環(huán)，控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程的流速；水浴裝置用來(lái)控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程的溫度；電子天平用來(lái)記錄汲取液質(zhì)量，每10秒記錄一次數(shù)，計(jì)算機(jī)與高精度電子秤連接，通過(guò)對(duì)原料液重量的實(shí)時(shí)測(cè)量來(lái)計(jì)算正滲透過(guò)程水通量；同時(shí)，通過(guò)電導(dǎo)率儀實(shí)時(shí)測(cè)試原料液側(cè)溶液電導(dǎo)率進(jìn)而計(jì)算汲取液反向鹽通量。

水通量和反向溶質(zhì)通量的計(jì)算方法如下：

水通量：

其中，jw—純水通量，l·m^-2·h^-1(lmh)；

mt—t時(shí)刻汲取液的質(zhì)量，g；

m0—汲取液的初始質(zhì)量，g；

t—時(shí)間間隔，h；

am—膜面積，2.002×10^-3m²；

ρw—水的密度，kg/m³。

反向溶質(zhì)通量：

其中，js—汲取溶質(zhì)的反向溶質(zhì)通量，g·m^-2·h^-1(gmh)；

ct—t時(shí)刻原液中汲取溶質(zhì)的濃度，g/l；

c0—原液中汲取溶質(zhì)的初始濃度，g/l；

v0—原液的初始體積，l；

t—時(shí)間間隔，h；

am—膜面積，2.002×10^-3m²；

jw—純水通量的測(cè)定值，l·m^-2·h^-1。

一、分別用nacl、聚天冬氨酸(pasp)和聚環(huán)氧琥珀酸(pesa)作為汲取溶液，去離子水為原料液，在溫度25℃和流速17cm/s條件下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，膜取向選擇將膜的活性層面向汲取液(pro模式)和膜的活性層面向原料液(fo模式)兩種膜取向，分別測(cè)定了三種汲取液對(duì)應(yīng)的水通量和反向溶質(zhì)通量。在正滲透研究當(dāng)中有一個(gè)重要的指標(biāo)就是反向溶質(zhì)通量和水通量的比值(js/jw)，表示每滲透一升水流失到原料液中汲取溶質(zhì)的質(zhì)量，這個(gè)指標(biāo)通常用來(lái)評(píng)價(jià)一種汲取液效果好壞，數(shù)值越小表明滲透一升水流失的汲取溶質(zhì)質(zhì)量少因此其效果越優(yōu)良。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這三種驅(qū)動(dòng)劑的水通量從大到小依次為：nacl，pasp，pesa。反向溶質(zhì)通量從大到小依次為：nacl，pasp，pesa。反向溶質(zhì)通量和水通量比值從小到大依次為：pesa，pasp，nacl。pesa，pasp，nacl的反向溶質(zhì)通量和水通量比值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖見(jiàn)圖1，由此可以證明pesa作為正滲透汲取液相對(duì)于pasp，nacl具有更高的優(yōu)勢(shì)。

二、濃度對(duì)比：使用pesa為汲取溶液，去離子水為原料液，原料液和汲取液分別以17cm/s的流速在膜兩側(cè)循環(huán)，實(shí)驗(yàn)在25℃條件下進(jìn)行，膜取向選擇將膜的活性層面向汲取液(pro模式)和膜的活性層面向原料液(fo模式)兩種膜取向。汲取液pesa的濃度分別為0.05、0.75、0.1、0.125、0.15、0.2和0.3g/ml。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著汲取液pesa濃度的增加，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的水通量和反向溶質(zhì)通量也隨之增加。綜合考慮后選取汲取液濃度為0.2g/ml作為最佳實(shí)驗(yàn)濃度，在此濃度下反向溶質(zhì)通量和水通量的比值1.6g/l，水通量為15.39867845lmh。

三、溫度對(duì)比：使用pesa為汲取溶液，去離子水為原料液，原料液和汲取液分別以17cm/s的流速在膜兩側(cè)循環(huán)，膜取向選擇將膜的活性層面向汲取液(pro模式)和膜的活性層面向原料液(fo模式)兩種膜取向，汲取液pesa的濃度為0.1g/ml。實(shí)驗(yàn)過(guò)程溫度選擇25、35和45℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用pesa作為汲取液時(shí)，溫度對(duì)水通量影響很大，隨溫度升高水通量增大，當(dāng)溫度從25℃到35℃時(shí)水通量增加尤其顯著，當(dāng)溫度由35℃升高至45℃時(shí)水通量增加速度變緩。所以從能耗成本角度考慮后選取溫度35℃為最佳實(shí)驗(yàn)條件，在此溫度下水通量為16.7185101lmh。

四、錯(cuò)流速度對(duì)比：使用pesa為汲取溶液，去離子水為原料液，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的溫度在室溫25℃條件下進(jìn)行，膜取向選擇將膜的活性層面向汲取液(pro模式)和膜的活性層面向原料液(fo模式)兩種膜取向，汲取液濃度為0.1g/ml。實(shí)驗(yàn)過(guò)程流速選擇8.5、17和25.5cm/s三個(gè)流速。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用pesa作為汲取液時(shí)，流速對(duì)于水通量的影響不顯著，但是水通量會(huì)隨著流速的增加有輕微的提升。25℃下0.1g/mlpesa作為汲取液在25.5cm/s流速下pro模式下的水通量最高為12.27297499lmh。

五、使用pesa為汲取溶質(zhì)，配置0.2g/ml的pesa汲取溶液，用苦咸水作為原料液，膜取向選用正滲透膜的活性層朝向汲取液的pro模式，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的溫度為25℃，流速為17cm/s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用pesa作為汲取溶液時(shí)可以成功的將苦咸水回收利用，產(chǎn)生的水通量為6.102175223lmh，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖二。為了進(jìn)一步證實(shí)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，在選用同一張正滲透膜的基礎(chǔ)上進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)，第一組實(shí)驗(yàn)運(yùn)行三小時(shí)后，將正滲透膜清洗一小時(shí)再進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)，同樣運(yùn)行三小時(shí)清洗膜一小時(shí)再進(jìn)行最后一組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，清洗過(guò)后的膜還可以反復(fù)利用，第一次清洗膜過(guò)后水通量可以恢復(fù)到最初水通量的96％，第二次清洗膜過(guò)后水通量可以恢復(fù)到最初水通量的93％。由此，進(jìn)一步說(shuō)明用pesa作為汲取液通過(guò)正滲透系統(tǒng)可以將苦咸水深度處理利用，效果良好實(shí)驗(yàn)可行。