本發(fā)明屬于高分子功能膜材料性能測定領(lǐng)域，具體涉及一種用于測定離子交換膜孔徑表面Zeta電位的裝置。

背景技術(shù)：

離子交換膜分離過程作為一門新型的分離、提純、濃縮和凈化技術(shù)早已逐漸從實驗室走向大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，尤其是在濕法冶金行業(yè)。由于濕法冶金工業(yè)溶液體系較為復(fù)雜，對膜的性能要求較高，特別是在膜的選擇透過性方面，離子交換膜的荷電化顯著影響了膜的選擇透過性，而膜動電現(xiàn)象的一個重要參數(shù)——Zeta電位（ζ）就表征膜荷電性能的大小。

Zeta電位又稱Helmoltz外層的電位，即在雙電層理論中，是滑動面到液相主體的電位差。根據(jù)離子交換膜ζ電位的大小和作用距離可計算膜面電位梯度，分析外電場作用力與膜的ζ電位疊加后的電位作用方向及大小，計算膜電位與外電場共同作用下離子交換膜對溶液離子中的吸引力及排斥力，從而建立膜電位與選擇透過性的關(guān)系，從膜電位方面提高離子交換膜選擇透過性。另外，Zeta電位反映膜對同性電荷的靜電排斥能力，可通過檢測膜Zeta電位的變化來反映膜污染的程度。

目前的Zeta電位測定裝置多用于選礦、造紙、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑材料、超細(xì)材料等，此類裝置價格昂貴，操作復(fù)雜，成本過高；此外該類裝置多選用電泳法，并不適用于離子交換膜類產(chǎn)品；對于膜類產(chǎn)品電位的測定，見諸文獻的多為針對中空纖維膜，以及板式膜膜表面的動電性能，國內(nèi)鮮少有專門針對離子交換膜類產(chǎn)品膜孔徑表面Zeta電位的測定裝置，該裝置具有成本低廉，重現(xiàn)性好，簡單實用的優(yōu)點，填補了該方面的空白。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的：為了準(zhǔn)確測定離子交換膜孔徑表面Zeta電位值，本發(fā)明提供了一種測定離子交換膜孔徑表面Zeta電位的裝置，此裝置大幅度提高了測定離子交換膜孔徑表面Zeta電位的準(zhǔn)確性，且制作成本低、操作簡單、液體循環(huán)可節(jié)約資源。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種用于測定離子交換膜孔徑表面Zeta電位的裝置，包括加壓進樣系統(tǒng)、有壓管段快速連接器、電位測定系統(tǒng)；所述的加壓進樣系統(tǒng)和電位測定系統(tǒng)由有壓管段快速連接器連接，特征在于：加壓進樣系統(tǒng)從右至左依次由儲液槽、蠕動泵、開關(guān)閥A，儲壓罐、開關(guān)閥B依次連接而成；電位測定系統(tǒng)：溫度/電導(dǎo)檢測器連接在進樣管段上，管段右側(cè)連接測試裝置室；電位測定系統(tǒng)放空后的溶液循環(huán)到儲液槽中。

所述的儲液槽的出樣口位于其左側(cè)下端。

所述的儲壓罐右端進樣口連接開關(guān)閥A，左端出樣口連接開關(guān)閥B，進出樣口均位于儲壓罐底端；儲壓罐中有一密閉膠塞，防止氣體進入溶液，密閉膠塞上有一把手，便于更換；儲壓罐右上側(cè)設(shè)排氣閥；儲壓罐頂部密封，罐體材料為ABS，罐體頂部設(shè)有泄壓調(diào)壓閥及空氣壓縮機，穩(wěn)壓調(diào)壓閥左端管通往儲壓罐內(nèi)部，右端管連接空氣壓縮機。

所述的測試裝置室分為A、B兩室，形狀為圓柱形，通過法蘭連接，連接處均有密封膠墊；測試裝置室材料為ABS，A、B兩室中間夾有密封膠墊、離子交換膜樣品、聚四氟乙烯有孔支撐隔板；A、B室兩側(cè)內(nèi)部分別設(shè)有Ag|AgCl電極，電極兩端連接靈敏電位測定儀；A室為密封槽，頂部從左至右依次設(shè)有：進樣口、壓力傳感器、浮球閥；B室頂部從左至右依次設(shè)有進樣口（含進樣閥）、毛細(xì)玻璃管，管下有一接液量杯；A、B室兩側(cè)底部均有出液管，各設(shè)有放空閥，放空后的溶液循環(huán)到儲液槽中。

本發(fā)明具備的特點：該測定離子交換膜孔徑表面Zeta電位的裝置大幅度提高了測定離子交換膜孔徑表面Zeta電位的準(zhǔn)確性，且制作成本低、操作簡單、液體循環(huán)可節(jié)約資源。

附圖說明

附圖1(a)為本發(fā)明實施例中全氟陽離子交換膜壓力傳感器示數(shù)Mpa-靈敏電位測定儀mv的關(guān)系曲線

附圖1(b)為本發(fā)明實施例中IONSEP^TM系列異相陽離子交換膜壓力傳感器示數(shù)Mpa-靈敏電位測定儀mv的關(guān)系曲線

附圖1(c)為本發(fā)明實施例中Flemion陰離子交換膜壓力傳感器示數(shù)Mpa-靈敏電位測定儀mv的關(guān)系曲線

附圖2為一種用于測定離子交換膜膜孔徑表面Zeta電位的裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1-儲液槽；2-蠕動泵；3-開關(guān)閥A；4-儲壓罐；5-排氣閥；6-密閉膠塞；7-穩(wěn)壓調(diào)壓閥；8-空氣壓縮機；9-泄壓調(diào)壓閥；10-開關(guān)閥B；11-有壓管段快速連接器；12-溫度/電導(dǎo)檢測器；13-測試裝置室；14-壓力傳感器；15-浮球閥；16-進樣閥；17-毛細(xì)玻璃管；18-Ag|AgCl電極；19-放空閥A；20-放空閥B；21-靈敏電位測定儀；22-接液量杯；23-聚四氟乙烯網(wǎng)孔支撐隔板；24-離子交換膜樣品。

具體實施方式

裝置運行流程

1、將待測膜樣品24固定于裝置中；

2、配制一定濃度的溶液注入儲液漕1；

3、關(guān)閉閥門10，打開閥門3、5，打開蠕動泵2，向儲壓罐泵送溶液，當(dāng)排氣閥5有少量液體流出時，關(guān)閉閥門3，切斷蠕動泵2電源；

4、關(guān)閉泄壓調(diào)壓閥9，打開空氣壓縮機8，調(diào)解穩(wěn)壓調(diào)壓閥7使氣體緩慢進入儲壓罐4，當(dāng)排氣閥5不再有液體流出時立即關(guān)閉排氣閥5；

5、打開閥門10、16，關(guān)閉閥門19、20，溶液進入實驗裝置主體13，當(dāng)刻度毛細(xì)玻璃管17有少量液體進入時，關(guān)閉閥門16；

6、緩慢調(diào)解穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥7，使壓力傳感器14示數(shù)穩(wěn)定在一個值，讀取該溫度下的溫度傳感器12和靈敏電位指示器21示數(shù)；

7、逐漸開大穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥7，使壓力傳感器14示數(shù)逐漸升高并穩(wěn)定在幾個待測壓力值，壓力傳感器14示數(shù)穩(wěn)定時，相應(yīng)的記錄此時刻下的溫度電導(dǎo)12和敏感電位指示器21的示數(shù)；

8、緩慢打開泄壓調(diào)壓閥9，使壓力傳感器14示數(shù)逐漸減小，并穩(wěn)定在幾個待測壓力值，壓力傳感器14示數(shù)穩(wěn)定時，相應(yīng)的記錄此時刻下的溫度電導(dǎo)12和敏感電位指示器21的示數(shù);

9、關(guān)閉穩(wěn)壓調(diào)壓閥7，切斷空壓機8電源，打開排空閥19、20，讓測量裝置主體13內(nèi)的溶液流回到儲液漕1。

實施例1

離子交換膜采用全氟陽離子交換膜，經(jīng)預(yù)處理后與聚四氟乙烯有孔支撐隔板23平行放置，用法蘭、密封膠墊將測試裝置室13組裝固定（離子交換膜24和聚四氟乙烯有孔支撐隔板23位于A、B室中間）。首先，配置0.1mol/L KCl溶液注入儲液槽1，關(guān)閉開關(guān)閥B 10，打開開關(guān)閥A 3、排氣閥5，運行蠕動泵2向儲壓罐4泵送溶液，當(dāng)排氣閥5有少量溶液流出時，關(guān)閉開關(guān)閥A 3，關(guān)閉蠕動泵2；接著關(guān)閉泄壓調(diào)壓閥9，打開空氣壓縮機8，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓調(diào)壓閥7，使氣體緩慢進入儲壓罐4，當(dāng)排氣閥5不再有溶液流出時立即將其關(guān)閉；再接著打開開關(guān)閥B 10、進樣閥16，關(guān)閉放空閥19、放空閥20，讓溶液進入測試裝置室13，當(dāng)有少量溶液進入毛細(xì)玻璃管17時，關(guān)閉進樣閥16；緩慢調(diào)節(jié)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥7，緩慢穩(wěn)定的升高壓力，壓力升高至0.6Mpa，每隔0.02Mpa記錄一次，記下每個時刻的壓力傳感器14的讀數(shù)以及靈敏電位測定儀21顯示的流動電位，并繪制圖表如附圖1 (a)，此時溫度/電導(dǎo)檢測器12顯示溫度為21℃、電導(dǎo)為0.1187；根據(jù)Helmoltz-Smoluchowski方程：（其中ζ為Zeta電位，△P為施加壓力值，為流動電位，ε為相對介電常數(shù)，ε₀為真空介電常數(shù)，為溶液的黏度，為溶液電導(dǎo)率，即可算得在此濃度此壓力下離子交換膜Zeta電位為-2.9mv；

實施例2

離子交換膜采用IONSEP^TM系列異相陽離子交換膜，經(jīng)預(yù)處理后與聚四氟乙烯有孔支撐隔板23平行放置，用法蘭、密封膠墊將測試裝置室13組裝固定（離子交換膜24和聚四氟乙烯有孔支撐隔板23位于A、B室中間）。首先，配置0.2 mol/L KCl溶液注入儲液槽1，關(guān)閉開關(guān)閥B 10，打開開關(guān)閥A 3、排氣閥5，運行蠕動泵2向儲壓罐4泵送溶液，當(dāng)排氣閥5有少量溶液流出時，關(guān)閉開關(guān)閥A 3，關(guān)閉蠕動泵2；接著關(guān)閉泄壓調(diào)壓閥9，打開空氣壓縮機8，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓調(diào)壓閥7，使氣體緩慢進入儲壓罐4，當(dāng)排氣閥5不再有溶液流出時立即將其關(guān)閉；再接著打開開關(guān)閥B 10、進樣閥16，關(guān)閉放空閥19、放空閥20，讓溶液進入測試裝置室13，當(dāng)有少量溶液進入毛細(xì)玻璃管17時，關(guān)閉進樣閥16；緩慢調(diào)節(jié)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥7，緩慢穩(wěn)定的升高壓力，壓力升高至0.6Mpa，每隔0.02Mpa記錄一次，記下每個時刻的壓力傳感器14的讀數(shù)以及靈敏電位測定儀21顯示的流動電位，并繪制圖表如附圖1 (b)，此時溫度/電導(dǎo)檢測器12顯示溫度為18℃、電導(dǎo)為0.2430；根據(jù)Helmoltz-Smoluchowski方程：（其中ζ為Zeta電位，△P為施加壓力值，為流動電位，ε為相對介電常數(shù)，ε₀為真空介電常數(shù)，為溶液的黏度，為溶液電導(dǎo)率，即可算得在此濃度此壓力下離子交換膜Zeta電位為-2.024mv；

實施例3

離子交換膜采用Flemion陰離子交換膜，經(jīng)預(yù)處理后與聚四氟乙烯有孔支撐隔板23平行放置，用法蘭、密封膠墊將測試裝置室13組裝固定（離子交換膜24和聚四氟乙烯有孔支撐隔板23位于A、B室中間）。首先，配置0.05mol/L KCl溶液注入儲液槽1，關(guān)閉開關(guān)閥B 10，打開開關(guān)閥A 3、排氣閥5，運行蠕動泵2向儲壓罐4泵送溶液，當(dāng)排氣閥5有少量溶液流出時，關(guān)閉開關(guān)閥A 3，關(guān)閉蠕動泵2；接著關(guān)閉泄壓調(diào)壓閥9，打開空氣壓縮機8，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓調(diào)壓閥7，使氣體緩慢進入儲壓罐4，當(dāng)排氣閥5不再有溶液流出時立即將其關(guān)閉；再接著打開開關(guān)閥B 10、進樣閥16，關(guān)閉放空閥19、放空閥20，讓溶液進入測試裝置室13，當(dāng)有少量溶液進入毛細(xì)玻璃管17時，關(guān)閉進樣閥16；緩慢調(diào)節(jié)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥7，緩慢穩(wěn)定的升高壓力，壓力升高至0.6Mpa，每隔0.02Mpa記錄一次，記下每個時刻的壓力傳感器14的讀數(shù)以及靈敏電位測定儀21顯示的流動電位，并繪制圖表如附圖1 (c)，此時溫度/電導(dǎo)檢測器12顯示溫度為20℃、電導(dǎo)為0.0620；根據(jù)Helmoltz-Smoluchowski方程：（其中ζ為Zeta電位，△P為施加壓力值，為流動電位，ε為相對介電常數(shù)，ε₀為真空介電常數(shù)，為溶液的黏度，為溶液電導(dǎo)率，即可算得在此濃度此壓力下離子交換膜Zeta電位為-2.96mv；

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。