含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液及应用，首次结合温度、酸碱度、二氧化碳响应性分子或聚合物与不同类型的离子通过聚合物链上官能团和合适的摩尔比例的阳或阴离子的相互作用，使该混合汲取液得到协同性渗透压增加：亦即混合汲取液渗透压高于个别聚合物和个别离子的渗透压的简单总和。此协同效应可在初始制备样品观察到，而且可随通入二氧化碳进一步提高。协同效应源自于盐析效应、水合作用、静电作用等综合相互作用；它们影响了聚合物结构(自由体积、持久长度)和紧邻的水分子及阳或阴离子分布状态等。此种混合汲取液同时更易于沉淀再生与吸附二氧化碳的功用。氧化碳的功用。氧化碳的功用。

【技术实现步骤摘要】
含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液及应用


[0001]本专利技术涉及正渗透工艺
，具体涉及一种含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液及应用。

技术介绍

[0002]正渗透是一种基于膜的技术，它利用膜两侧的渗透压差使水分子从渗透压较低的原料液侧透过膜传输到渗透压较高的汲取液侧(图1)。作为正渗透驱动力的渗透压由各种配方的汲取液提供，成分例如多元醇、无机盐、离子液体、水凝胶等。正渗透对原料液的除水或预浓缩功能的应用包括废水处理、海水淡化以及饮料、药用化合物以及生物分子的预浓缩。与反渗透相比，正渗透的成本可更低，并且免除反渗透所需的巨大的水压且降低膜污化堵塞，同时也可更轻易地去除膜污染层而达到更长的膜使用寿命。
[0003]汲取液是实现高效率(即高水通量)和高经济效益的正渗透工艺的关键点。除了提供高渗透压外，理想汲取液需对外部刺激具有响应性，这有助于在外部刺激下达到汲取液再生及重复使用，同时产生净水。虽然碳酸氢铵作为汲取液可以通过加热到65℃分解成二氧化碳和铵的方式来回收，但该方法存在严重汲取液溶质逆向扩散和产水中残留铵的缺点。
[0004]现有的二氧化碳响应性汲取液包括含有胍、脒、仲胺、叔胺、羧基或受阻路易斯酸碱对的官能团。相关汲取液的实例包括氨、三甲胺、N,N
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二甲基环己胺、1
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环己基哌啶、聚(二乙氨基)甲基丙烯酸乙酯(PDEAEMA)、聚(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯(PDMAEMA)、聚酰胺(PA)和聚乙烯亚胺(PEI))，等等。然而，它们的研究往往局限于个别成分汲取液而非与其他分子或化合物的混合物，忽略了可能增加汲取液渗透压的协同效应。
[0005]对于含有叔胺的聚(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯(PDMAEMA)，通入二氧化碳会导致碳酸氢盐和季胺的生成并给予高渗透压，这对于提高正渗透的水通量(每小时每平方米膜面积透过的公升量LMH)至关重要。
[0006][0007]不同类型的相对离子与非质子化和质子化铵官能团的相互作用不同，它们的相互作用可以通过霍夫梅斯特序列预测。例如，
‘
结构生成
’
或
‘
秩序制造者
’
(kosmotrope)趋于水合并有助于聚合物链的溶胀，相反的
‘
结构破坏
’
或
‘
紊乱制造者
’
(chaotrope)不趋于水合而与聚合物链相互作用较强；在某些条件下，它们可能会导致聚合物链坍塌。这类相互作用也可在硬软酸碱理论(HSAB)框架下讨论；例如：kosmotrope属于“硬”阴离子，而chaotrope属于“软”阴离子。
[0008]在特定盐浓度下发生的盐析入、盐析出效应是由聚合物邻近的微观渗透压差异驱动的。盐析入、盐析出的程度将影响紧邻的低聚或高聚分子构像(自由容积、持久长度)。分子形态决定了离子的空间分布，并在宏观水平上体现为渗透压。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液及应用。
[0010]本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0011]一种含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液，所述有机分子对温度、酸碱度或二氧化碳响应性分子具有响应性，，所述混合汲取液成分可协同性提升正渗透渗透压(增进水通量)及有助于提高汲取液回收；其中，所述有机分子或聚合物的重复单元对阳或阴离子比例为10：1到1：10，浓度范围为0.01到10摩尔浓度。
[0012]进一步地，所述有机分子或聚合物具有相关的官能团，所述官能团选自例如胍、脒、仲胺、叔胺、羧基和受阻路易斯酸碱对中的一种。官能团与溶液里的阳离子或阴离子微观相互作用，例如静电作用、水合作用、络合作用、盐析作用等达到宏观性质变化，体现在渗透压的提升。
[0013]进一步地，所述有机分子或聚合物选自氨、三甲胺、N,N
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二甲基环己胺、1
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环己基哌啶、聚(二乙氨基)甲基丙烯酸乙酯(PDEAEMA)、聚(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯(PDMAEMA)、聚酰胺(PA)和聚乙烯亚胺(PEI)中的一种。聚合物可为不同高分子链构象，例如直链聚合物、支化聚合物、超分支聚合物等。依据不同链构象，官能团与阳离子或阴离子的相互作用有不同程度。
[0014]进一步地，所述无机盐成分含有不同的阳离子和阴离子及其组合，选自例如氯化钠、氯化镁、氯化钾、硫酸镁、硫酸钠、硫酸钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钠、硫酸镁、磷酸钾、硫氰酸钠、硫氰酸镁、硫氰酸钾中的一种或几种，。
[0015]进一步地，所述混合汲取液的正渗透渗透压通过通入二氧化碳进行调节。通入的二氧化碳所产生的碳酸氢根可调控有机分子或聚合物上的官能团与阳离子或阴离子的相互作用，体现于宏观渗透压增加。
[0016]本专利技术的又一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0017]一种基于含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液的应用，所述混合汲取液用作正渗透的混合汲取液。高亲水性的有机分子或聚合物溶液具有作为正渗透驱动力的高渗透压，加入无机盐后可进一步提升渗透压。
[0018]本专利技术的再一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0019]一种基于含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液的应用，所述混合汲取液与通入的二氧化碳的相互作用，用作二氧化碳吸附。碳酸氢根在溶液中具有高稳定性。
[0020]本专利技术的另一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0021]一种基于含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液的应用，可通过温度、酸碱度、二氧化碳通入调节亲水或疏水程度。通过在下临界溶液温度(LCST)至LCST+50℃(或上临界溶液温度(UCST)至UCST
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50℃)的温度范围内加热(或冷却)并通入氮气或空气(或二氧化碳)，可达到混合汲取液再生(聚合物沉淀)，同时产生净水。通过合适种类的无机盐，汲取液再生的效率可增加。
[0022]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0023]1、结合温度、酸碱度、二氧化碳响应性分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液，具有协同性增强渗透压，通过提高水通量，提升正渗透浓缩除水工艺之效能。
[0024]2、通入的二氧化碳可调控有机分子或聚合物上的官能团与阳离子或阴离子的作用，达到亲水与疏水性质转换，提升汲取液回收利用效率。
[0025]3、利用温度、酸碱度、二氧化碳响应性分子或聚合物，可用于回收工业生产的废热、废酸碱、废二氧化碳。通过设计循环，可达到高效节能及低污染工艺。
附图说明
[0026]图1是现有技术中正渗透系统示意图；
[0027]图2(a)是本专利技术中聚甲基丙烯酸N,N
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二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)与不同的阴离子的混合汲取液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液，其特征在于，所述有机分子对温度、酸碱度或二氧化碳响应性分子具有响应性，所述混合汲取液成分可协同性提升正渗透渗透压及提高汲取液回收；其中，所述有机分子或聚合物的重复单元对阳或阴离子比例为10：1到1：10，浓度范围为0.01到10摩尔浓度。2.根据权利要求1所述的含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液，其特征在于，所述有机分子或聚合物具有相关的官能团，所述官能团选自胍、脒、仲胺、叔胺、羧基和受阻路易斯酸碱对中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液，其特征在于，所述有机分子或聚合物选自氨、三甲胺、N,N
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二甲基环己胺、1
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环己基哌啶、聚(二乙氨基)甲基丙烯酸乙酯、聚(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯、聚酰胺和聚乙烯亚胺中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的含有机分子或聚合物与无机盐的响应性混合汲取液，其特征在于，所述无机盐成分含有不同的阳离子和阴离子及其组合，选自氯化钠、氯化镁、氯化钾、硫酸镁、硫酸钠、硫酸钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钠、硫酸镁、磷酸钾、硫氰酸钠、硫氰酸镁、硫氰酸钾中的一种或几种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓，梁颖南，王耀清，
申请(专利权)人：中新国际联合研究院，
类型：发明
国别省市：