有机膦酸盐作为正渗透汲取溶质的应用以及正渗透装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了有机膦酸盐作为正渗透汲取溶质的应用以及正渗透装置，属于正渗透技术领域。所述有机膦酸盐化合物化学结构式为：

Application of Organophosphates as Positive Osmosis Solution Absorption and Positive Osmosis Device

The invention discloses the application of organic phosphonate as a positive osmosis extracting solute and a positive osmosis device, belonging to the technical field of positive osmosis. The chemical structure formula of the organic phosphonate compound is as follows:

【技术实现步骤摘要】
有机膦酸盐作为正渗透汲取溶质的应用以及正渗透装置
本专利技术属于正渗透
，更具体地，涉及有机膦酸盐化合物作为正渗透汲取溶质的应用以及正渗透装置。
技术介绍
在淡水资源日益紧缺和不可再生能源储量逐渐减少的背景下，世界各国都在大力发展低能耗的水处理技术。膜法水处理技术由于其处理效率高、占地面积小、易于放大等优点，在水处理领域扮演着重要的角色。传统的膜法水处理技术如纳滤、反渗透等通常是以泵产生的压力作为驱动力使水分子透过膜，盐、小分子有机物等溶质被截留，从而获得纯净的水。但这些膜技术在应用过程中常存在能耗高和膜污染严重等问题。正渗透作为21世纪一种新的膜法水处理技术，引起了越来越多研究者的注意。正渗透是一个自发的过程，它是以汲取液和料液两侧的渗透压梯度为驱动力来实现水分子的传递。与传统的膜技术相比，正渗透具有能耗低、溶质截留率高、膜污染倾向低等优点，在海水淡化、废水处理、食品加工、药物浓缩等领域展现出巨大的应用潜力。正渗透汲取液是正渗透过程的关键要素，其渗透压的高低决定了正渗透过程的水通量高低，而其分子尺寸的大小决定着其反向溶质通量的大小。正渗透过程中料液侧的水分子不断进入到汲取液侧，会造成汲取液的稀释，使其渗透压降低从而导致通量下降，因此需要对汲取液进行浓缩来确保正渗透过程有持续稳定的水通量输出。汲取液的再生过程一般需要消耗较多的能量，因此寻找低能耗的回收方法，或稀释后的汲取液可以直接应用在实际生产生活过程中非常有意义。当用正渗透过程处理易结垢水样如海水、苦咸水、矿物废水等会遇到与传统的膜过程一样的问题，膜表面容易发生矿物质结垢。矿物质结垢是一种膜污染现象，是指在膜的表面形成矿物质固体物质，增大水分子的传输阻力而造成通量下降，严重时会形成滤饼层造成通量严重下降甚至通量降为零。膜表面结垢会降低膜的分离效率，增加清洗频率，增大膜的更换成本。化学清洗和物理清洗是去除膜表面矿物质垢的常用方法，而这些方法对一些坚硬、附着力强并且酸溶性差的矿物质垢如硫酸钙、硫酸钡等矿物质垢的效果较差，且对膜容易造成不可逆破坏。另一种缓解膜表面矿物质结垢的方法是在预处理过程中向料液中加入一定量的阻垢剂，而阻垢剂的类型、添加浓度、添加周期对实际操作提出了很高的要求。因此，寻找一种操作简便且能有效缓解正渗透过程中的膜结垢污染问题的方法意义重大。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中正渗透过程中水通量低、反向溶质通量大、正渗透膜结垢污染以及稀释后的汲取液不能直接应用等技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种有机膦酸盐化合物作为正渗透汲取溶质的应用，所述有机膦酸盐化合物具有如式I所示的化学结构式；所述式I中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8至少有一个为Na，其它的为H；或者R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8至少有一个为K，其它的为H；所述式I中，n为1、2或3。优选地，将所述正渗透汲取溶质用于正渗透后得到的稀释的汲取液应用于阻垢剂。优选地，将所述正渗透汲取溶质用于正渗透后得到的稀释的汲取液应用于锅炉冷却循环水或油田回注水的阻垢剂。优选地，将所述正渗透汲取溶质配制成含有质量份数为5％-35％的所述有机膦酸盐化合物的溶液作为正渗透汲取液。优选地，所述有机膦酸盐化合物的质量份数为15％-30％。优选地，将所述正渗透汲取溶质配制成pH值为5-10的溶液作为正渗透汲取液。按照本专利技术的另一方面，提供了一种正渗透装置，该正渗透装置的汲取液为有机膦酸盐溶液，所述有机膦酸盐具有如式I所示的化学结构式；所述式I中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8至少有一个为Na，其它的为H；或者R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8至少有一个为K，其它的为H；所述式I中，n为1、2或3。优选地，所述有机膦酸盐溶液中有机膦酸盐的质量份数为5％-35％；所述有机膦酸盐溶液的pH值为5-10；优选地，所述有机膦酸盐溶液中有机膦酸盐的质量份数为15％-30％。优选地，该正渗透装置的渗透膜为平板膜或中空纤维膜。优选地，该正渗透装置的渗透膜为聚砜基正渗透膜、聚偏氟乙烯基正渗透膜或聚醚砜基正渗透膜。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术采用分子量为400Da-800Da的有机膦酸盐作为正渗透汲取溶质，由于其分子体积明显大于常用的NaCl汲取溶质，且解离后的有机膦酸盐阴离子带有较多的负电荷，能与带表面负电的正渗透膜形成较强的静电排斥作用，使其不容易透过正渗透膜，从而有效解决了反向溶质通量大的问题。(2)本专利技术提供的正渗透汲取液乙二胺四亚甲基膦酸钠盐(EDTMPA-Na)溶液，当质量浓度为30％时，其与1MNaCl汲取溶液产生的水通量相当，而其反向溶质通量仅为1MNaCl汲取液的三分之一。(3)本专利技术使用的有机膦酸盐是一种优良的阻垢剂，正渗透过程泄漏的汲取溶质可以减缓正渗透膜表面的矿物质结垢污染，且对渗透膜表面的硫酸钙结垢污染有优良的控制效果。(4)本专利技术通过正渗透过程中泄漏的有机膦酸盐汲取溶质来减缓膜表面的矿物质结垢污染，与直接向料液中加入同等质量的有机膦酸盐相比，在料液与膜的界面附近有更高浓度的有机膦酸盐，从而具有更好的阻垢效果。(5)本专利技术所采用的乙二胺四亚甲基膦酸钠盐(EDTMPA-Na)作为正渗透汲取溶质，比乙二胺四乙酸钠盐(EDTA-Na)有更好的阻垢效果。(6)本专利技术所采用的有机膦酸盐作为正渗透汲取溶质，稀释后的汲取液不需要进行再生，可直接应用于锅炉冷却水循环系统以及油田回注水，抑制锅炉或油田地层管线结垢，可以省去稀释的汲取液再生过程所需消耗的能量。附图说明图1是正渗透水通量测试结果图。图2是正渗透反向溶质通量测试结果图。图3是正渗透过程膜结垢污染控制测试结果图。图4是正渗透过程膜结垢污染控制测试后膜的电镜图。图5是以1MNaCl为汲取液，将一定质量的乙二胺四亚甲基膦酸钠盐(EDTMPA-Na)直接加入到饱和指数为1.6的硫酸钙饱和溶液料液中进行测试，并与以30wt％EDTMPA-Na汲取液的测试结果对比图。图6是正渗透过程膜结垢污染控制测试，乙二胺四亚甲基膦酸钠盐(EDTMPA-Na)与乙二胺四乙酸钠盐(EDTA-Na)对比结果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种正渗透汲取液，所述正渗透汲取液的pH值为5-10，质量浓度范围为5％-35％(优选为15％-30％)的有机膦酸盐作为正渗透汲取液的应用，所述有机膦酸盐化合物具有如式I所示的化学结构式；所述式I中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8至少有一个为Na，其它的为H；或者R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8至少有一个为K，其它的为H。所述式I中，n为1、2或3。实施例1(1)将商品化的乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMPA)溶于去离子水中，用NaOH调节pH至7，得到乙二胺四亚甲基膦酸钠盐溶液，然后用截留分子量为100Da的透析袋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.有机膦酸盐化合物作为正渗透汲取溶质的应用，其特征在于，所述有机膦酸盐化合物具有如式I所示的化学结构式；

【技术特征摘要】
1.有机膦酸盐化合物作为正渗透汲取溶质的应用，其特征在于，所述有机膦酸盐化合物具有如式I所示的化学结构式；所述式I中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8至少有一个为Na，其它的为H；或者R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8至少有一个为K，其它的为H；所述式I中，n为1、2或3。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，将所述正渗透汲取溶质用于正渗透后得到的稀释的汲取液应用于阻垢剂。3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，将所述正渗透汲取溶质用于正渗透后得到的稀释的汲取液应用于锅炉冷却循环水或油田回注水的阻垢剂。4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，将所述正渗透汲取溶质配制成含有质量份数为5％-35％的所述有机膦酸盐化合物的溶液作为正渗透汲取液。5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述有机膦酸盐化合物的质量份数为15％-30％。6.如权利要求1所述的应用，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，丁纯，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42