一種以熱敏性水凝膠為汲取劑的低溫膜蒸餾的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于膜蒸餾技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以熱敏性水凝膠為汲取劑的低溫膜蒸餾的 方法及裝置，具體涉及一種利用熱敏性水凝膠和疏水性微孔膜對含鹽水或者受污染水體進(jìn) 行脫鹽處理的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 水資源短缺是我國的基本國情之一。中國的人均水資源占有量只有世界人均水平 的1/4,而水污染控制的相對滯后又加劇了水資源的短缺，成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸性 因素。膜蒸餾技術(shù)作為一種新型高效的廢水純化技術(shù)，正受到越來越多的關(guān)注，在海水淡 化、廢水處理及食品工業(yè)等方面的均有著廣泛的應(yīng)用。
[0003] 膜蒸餾是原液中的水分子在膜兩側(cè)的蒸汽分壓差的驅(qū)動下，以氣態(tài)方式穿過微孔 疏水膜的分離過程。傳統(tǒng)膜蒸餾利用膜的一側(cè)與熱的待處理的溶液直接接觸(稱為熱側(cè))， 膜憎水的本性使得水溶液不能滲透過孔，而在每個孔入口處形成氣液接觸，另一側(cè)直接或 者間接地與冷的水溶液接觸(稱為冷側(cè))，熱側(cè)溶液中易揮發(fā)的組分在膜面處汽化通過膜進(jìn) 入冷側(cè)并被冷凝成液相，其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)混合物分離和提純的 目的。
[0004] 滲透膜蒸餾作為傳統(tǒng)膜蒸餾的一種優(yōu)化工藝，通常以高滲透壓的無機(jī)或有機(jī)溶劑 替代傳統(tǒng)膜蒸餾冷側(cè)的冷卻水作為汲取劑，以蒸汽壓差為驅(qū)動力實(shí)現(xiàn)有效的鹽水分離，相 較于傳統(tǒng)膜蒸餾所需能耗較低、相對溫差較小，受濃差極化、溫差極化影響小，而且作為汲 取劑的無機(jī)或有機(jī)溶劑可通過再生循環(huán)利用，具有較好的應(yīng)用前景。TzahiY.Cath等人 發(fā)表的"MembranecontactorprocessesforwastewaterreclamationinspaceII. Combineddirectosmosis,osmoticdistillation,andmembranedistillationfor treatmentofmetabolicwastewater"（JournalofMembraneScience，2005,257: 111 - 119)對比了正滲透、滲透膜蒸餾、膜蒸餾三種不同工藝對模擬航空生活廢水的處理效 果，得出滲透膜蒸餾在濃度差與溫度差的雙重作用下，能產(chǎn)生最高的通量來滿足航空廢水 回用的要求，說明滲透膜蒸餾相較于其他的膜分離技術(shù)有一定的優(yōu)勢。加拿大凱米泰克斯 公司研發(fā)的"滲透膜蒸餾設(shè)備和方法"（專利申請?zhí)?00910175513. 5)以氯堿工廠待稀釋的 次氯酸鈉溶液為汲取劑，以待濃縮的粗鹽溶液為進(jìn)水，同時實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水側(cè)溶液的稀釋和進(jìn)水 側(cè)溶液的濃縮。趙之平等人發(fā)明的"一種通過雙膜蒸餾處理反滲透濃水的工藝及裝置"（專 利申請?zhí)?01210425431. 3)首先通過膜蒸餾進(jìn)一步濃縮反滲透濃水，再將濃縮后的反滲透 濃水作為滲透膜蒸餾裝置中的汲取劑，用于濃縮飲料等對溫度敏感的待濃縮液。從文獻(xiàn)可 以看出，汲取劑的選擇是滲透膜蒸餾中的關(guān)鍵步驟，而常規(guī)的以濃鹽水為汲取劑的滲透膜 蒸餾過程往往仍需通過反滲透等工藝再生汲取劑，且大多工藝復(fù)雜，能耗優(yōu)勢不顯著，難以 實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。
[0005] 熱敏性水凝膠是一類能對外界溫度刺激作出響應(yīng)的聚合物，在低臨界溶解溫度附 近會產(chǎn)生由親水到疏水的相轉(zhuǎn)變。1978年，ToyoichiTanaka等人（CollapseofGelsand theCriticalEndpoint，Phys.Rev.Lett. 1987,40:820 )首次發(fā)現(xiàn)由N，N-次甲基 雙丙烯酰胺交聯(lián)的聚丙烯酰胺的水凝膠在某一特定溫度附近發(fā)生體積相變的現(xiàn)象，進(jìn)而引 起了大批學(xué)者的關(guān)注并開展了一系列關(guān)于熱敏凝膠的研宄。熱敏性水凝膠最初由于其相轉(zhuǎn) 變溫度在35°C左右接近人體溫度而多應(yīng)用于控制藥物緩釋方面，近年來熱敏性水凝膠在物 質(zhì)的分離與萃取方面的應(yīng)用也越來越受到重視。Hoffman等人在《Langmuir》（2007, 23， 13104-13108)發(fā)表的Temperature-SwingSolid-PhaseExtractionofHeavyMetalson aPoly(N-isopropylacrylamide)Hydrogel,將聚N-異丙基丙稀酰胺作為固相萃取劑， 通過控制溫度從水溶液中可逆的吸附、解吸銅離子。DanLi課題組（Stimuli-responsive polymerhydrogelsasanewclassofdrawagentforforwardosmosisdesalination, Chem.Commun. 2011，47 (6):1710. 1712)首先研宄了聚丙烯酸鈉（PSA)、異丙基丙烯酰胺 (PNIPAM)、聚丙烯酰胺（PAM)及其混合物制成的熱敏水凝膠作為正滲透過程的汲取劑的吸 水脫水效果，發(fā)現(xiàn)PSA的吸水性能較好，產(chǎn)生的水通量較高，而PNIPAM的脫水率較高，方便 回收利用。隨后她們還在凝膠中加入能吸熱的黑色碳顆粒，擴(kuò)大了凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于水 通量的提高，同時增強(qiáng)的脫水時的熱效率，使凝膠能在較低的光照強(qiáng)度下脫水。
[0006] 已有文獻(xiàn)與專利報道表明，將熱敏性水凝膠應(yīng)用于水處理領(lǐng)域具有一定的現(xiàn)實(shí)可 行性，但至今還沒有關(guān)于熱敏凝膠作為膜蒸餾滲透汲取劑的研宄。將熱敏性水凝膠與滲透 膜蒸餾過程結(jié)合，不僅可以降低能耗，克服滲透膜蒸餾中汲取劑容易反向滲透的缺點(diǎn)，更能 利用熱敏性水凝膠的熱敏特性使其在膜蒸餾熱量傳遞積累過程中實(shí)現(xiàn)脫水，簡化了傳統(tǒng)膜 蒸餾工藝，是一種具有較好應(yīng)用前景的新型工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決當(dāng)前低溫條件下膜蒸餾技術(shù)能耗高而滲透膜蒸餾汲取劑不易再生的問 題，本發(fā)明提供了一種利用熱敏性水凝膠作為汲取劑的低溫膜蒸餾的方法及裝置，充分利 用熱敏性水凝膠的溫敏特性，實(shí)現(xiàn)從含鹽水或者受污染水體中直接獲取蒸餾水。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為： 一種以熱敏性水凝膠為汲取劑的低溫膜蒸餾的方法，按照以下步驟進(jìn)行： a、 熱敏性水凝膠均勻涂覆在疏水微孔膜表面的步驟； b、 疏水微孔膜固定在膜組件上的步驟； c、 膜組件與含鹽水或