本发明专利技术公开了一种双极膜电渗析耦合中空纤维膜处理浓海水产碱固碳的方法，包括以下步骤：(1)对浓海水进行双碱法预处理；(2)以预处理后的浓海水为原料，利用双极膜电渗析装置制备得到酸溶液和碱溶液；(3)将碱溶液用于吸收二氧化碳，得到氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液；(4)将氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液直接加入浓海水中，按照步骤(1)进行预处理，与浓海水中的钙、镁离子反应，得到碳酸钙和氢氧化镁沉淀；通过控制投加量使钙镁离子总浓度达到5ppm以下，符合双极膜电渗析的进料标准，随后进行步骤(2)的双极膜电渗析，实现工艺的循环。本发明专利技术无需外加的化学试剂即可实现浓海水资源化利用，具有节能、绿色环保、集成度高等优点。集成度高等优点。
A method of alkaline production and carbon sequestration in concentrated seawater treated by bipolar membrane electrodialysis coupled with hollow fiber membrane
【技术实现步骤摘要】
一种双极膜电渗析耦合中空纤维膜处理浓海水产碱固碳的方法
[0001]本专利技术属于水处理及矿化固碳
，具体涉及一种以浓海水为原料，使用双极膜电渗析技术耦合中空纤维膜产碱固碳的循环工艺方法。
技术介绍
[0002]海水淡化是解决水资源短缺的重要方法之一，浓海水作为海水淡化过程中产生的副产物，含有大量的盐离子，是一种可供利用的丰富的盐卤资源。一般传统的处理方式是将浓海水直接排放或者经脱盐处理后排放，污染环境的同时浪费了盐卤资源，因此如何有效的资源化利用浓海水变得愈发重要。随着“零排放”概念的逐渐火热，浓海水的绿色处理、资源化处理逐渐受到重视。研究较多的方法有：浓海水制盐、制酸碱，浓海水提溴、提锂等。
[0003]其中，双极膜电渗析技术作为近年来发展的新兴技术，在制备酸碱领域得到广泛的研究，大部分研究集中于如何将其利用于不同的浓盐水，以及提高产物的纯度，使其资源化，产生经济效益。双极膜电渗析产生的碱除了用于生产化学产品，废水处理等方面，也可用于二氧化碳的捕集。
[0004]随着温室气体排放的不断增加，气候变化已成为21世纪全人类共同面对的严峻挑战之一。对此，全球各国纷纷采取气候变化应对行动、制定碳减排目标，因此二氧化碳的捕集、储存与利用越来越被人们所关注。碳捕集主要是指将化工、电力、钢铁、水泥等行业利用化石能源过程中产生的二氧化碳进行分离和富集的过程。其中，中空纤维膜作为一种接触式膜组件，广泛应用于气体的吸收和分离中，因此可以用于二氧化碳的捕集。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种双极膜电渗析耦合中空纤维膜处理浓海水产碱固碳的方法，实现了浓海水的资源化利用以及二氧化碳的捕集与固定，该工艺技术无需外加的化学试剂，实现了工艺的循环。
[0006]一种双极膜电渗析耦合中空纤维膜处理浓海水产碱固碳的方法，包括以下步骤：
[0007](1)对浓海水进行双碱法预处理：通过投加氢氧化钠和碳酸钠除去浓海水中的钙镁离子及其他高价金属离子，使浓海水中钙镁离子的总浓度降至5ppm以下，达到双极膜电渗析的进料标准，同时将预处理后的浓海水pH调至6
‑
7，防止后续双极膜电渗析过程中产生膜结垢现象；
[0008](2)以预处理后的浓海水为原料，利用双极膜电渗析装置制备得到酸溶液(即盐酸溶液) 和碱溶液(即氢氧化钠溶液)；产生的酸溶液可用于步骤(1)预处理中pH的调节；
[0009](3)将步骤(2)中制得的碱溶液用于吸收二氧化碳，即以中空纤维膜组件作为接触器，通过蠕动泵将碱溶液通入中空纤维膜的管程，通过液体流量计控制液体的流速，同时采用逆流的操作方式(即碱溶液的流动方向与混合气体的流动方向相反)，使含有10
‑
30％二氧化碳和90
‑
70％氮气的混合气通入中空纤维膜的壳程，通过气体流量计控制气体流速，从
而得到氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液；其中固碳反应的终点通过如下方式确定：根据如下沉淀化学方程式以及浓海水中钙镁离子的含量确定沉淀浓海水中的钙镁离子所需要的碳酸钠和氢氧化钠的比例，当固碳反应所得混合溶液中碳酸钠和氢氧化钠的含量之比达到该比例时，则停止反应；
[0010]Mg
2+
+2NaOH
→
Mg(OH)2(s)
[0011]Ca
2+
+Na2CO3→
CaCO3(s)
[0012](4)将步骤(3)制得的氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液直接加入浓海水中，按照步骤(1) 进行预处理，与浓海水中的钙、镁离子反应，得到碳酸钙和氢氧化镁沉淀；通过控制投加量使钙镁离子总浓度达到5ppm以下，符合双极膜电渗析的进料标准，随后进行步骤(2)的双极膜电渗析，实现了工艺的循环，无需外加化学试剂。
[0013]本专利技术步骤(1)中，氢氧化钠和碳酸钠的投料需尽可能过量，即多于根据浓海水中钙镁离子含量计算所需的氢氧化钠和碳酸钠的理论用量，以尽可能去除浓海水中的钙镁离子。
[0014]本专利技术步骤(2)具体按照如下实施：双极膜电渗析装置包括直流电源、循环泵、储液罐、阴极板、阳极板和双极膜电渗析膜堆，所述的双极膜电渗析膜堆由双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜依次重复排列而成且最外层均为双极膜，相邻的阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜彼此之间依次形成碱室、酸室和盐室，阳极板和阴极板分别与双极膜形成极室；在双极膜电渗析装置的极室通入硫酸钠溶液作为保护液，盐室通入经步骤(1) 预处理后的浓海水，酸室通入稀HCl溶液，碱室通入稀NaOH溶液，开启直流电源进行电解，在直流电场的作用下，水在双极膜上分裂为氢离子和氢氧根离子，分别进入酸室和碱室得到酸碱溶液。
[0015]作为优选，所述双极膜为BP
‑
1型双极膜(ASTOM Co，Japan)，阳离子交换膜为CMX 型阳离子交换膜(ASTOM Co，Japan)，阴离子交换膜为AMX型阴离子交换膜(ASTOM Co， Japan)。
[0016]作为优选，所述极室通入的Na2SO4溶液的起始浓度为0.2
‑
0.4mol/L，更优选0.3mol/L。
[0017]作为优选，所述碱室通入的NaOH溶液的起始浓度为0.02
‑
0.2mol/L，更优选 0.08
‑
0.12mol/L。
[0018]作为优选，所述酸室通入的HCl溶液的起始浓度为0.02
‑
0.2mol/L，更优选0.08
‑
0.12mol/L。
[0019]作为优选，双极膜电渗析中电压选用9
‑
13.5V(更优选12V)，盐室、碱室、酸室体积比选用2
‑
5：1：1(更优选4:1:1)，各室流速均为20
‑
40L/h(更优选40L/h)，工作温度控制为 15
‑
35℃。当酸碱浓度趋于稳定或电流低于1A或电导率低于5mS/cm时，关闭电源，停止实验。
[0020]本专利技术步骤(3)使用的固碳装置，包括：中空纤维膜组件、蠕动泵、气体流量计、液体流量计、恒温水浴锅、二氧化碳气体检测仪。本专利技术所述的中空纤维膜组件为柱状结构，外壳材料为耐腐蚀的有机玻璃或PVC，内部填充的膜材料为聚四氟乙烯(PTFE)。由于PTFE材质的高疏水性和较强的化学稳定性，可以有效防止膜润湿现象以及NaOH对膜的腐蚀。本专利技术所述的中空纤维膜组件可使用市售商品。其中，中空纤维膜组件的管程是指中空纤维膜膜丝内部，壳程是指中空纤维膜外壳和膜丝中间的部分，这是本领域技术人员所熟知的。
[0021]作为优选，步骤(3)中，气体采用20％的二氧化碳和80％的氮气的混合气。
[0022]作为优选，步骤(3)中，碱溶液浓度为0.8
‑
2.1mol/L(更优选2.0mol/L)，混合气通入流速选为0.2
‑
0.8L/min(更优选0.2L/min)，液体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双极膜电渗析耦合中空纤维膜处理浓海水产碱固碳的方法，包括以下步骤：(1)对浓海水进行双碱法预处理：通过投加氢氧化钠和碳酸钠除去浓海水中的钙镁离子及其他高价金属离子，使浓海水中钙镁离子的总浓度降至5ppm以下，达到双极膜电渗析的进料标准，同时将预处理后的浓海水pH调至6
‑
7；(2)以预处理后的浓海水为原料，利用双极膜电渗析装置制备得到酸溶液和碱溶液；(3)将步骤(2)中制得的碱溶液用于吸收二氧化碳，即以中空纤维膜组件作为接触器，通过蠕动泵将碱溶液通入中空纤维膜的管程，通过液体流量计控制液体的流速，同时采用逆流的操作方式，使含有10
‑
30vol％二氧化碳和90
‑
70vol％氮气的混合气通入中空纤维膜的壳程，通过气体流量计控制气体流速，从而得到氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液；其中固碳反应的终点通过如下方式确定：根据如下沉淀化学方程式以及浓海水中钙镁离子的含量确定沉淀浓海水中的钙镁离子所需要的碳酸钠和氢氧化钠的比例，当固碳反应所得混合溶液中碳酸钠和氢氧化钠的含量之比达到该比例时，则停止反应；Mg
2+
+2NaOH
→
Mg(OH)2(s)Ca
2+
+Na2CO3→
CaCO3(s)(4)将步骤(3)制得的氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液直接加入浓海水中，按照步骤(1)进行预处理，与浓海水中的钙、镁离子反应，得到碳酸钙和氢氧化镁沉淀；通过控制投加量使钙镁离子总浓度达到5ppm以下，符合双极膜电渗析的进料标准，随后进行步骤(2)的双极膜电渗析，实现工艺的循环。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)具体按照如下实施：双极膜电渗析装置包括直流电源、循环泵、储液罐、阴极板、阳极板和双极膜电渗析膜堆，所述的双极膜电渗析膜堆由双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜依次重复排列而成且最外层均为双极膜，相邻的阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜彼此之间依次形成碱室、酸室和盐室，阳极板和阴极板分别与双极膜形成极室；在双极膜电渗析装置的极室通入硫酸钠溶液作为保护液，盐室通入经步骤(1)预处理后的浓海水，酸室通入稀HCl溶液，碱室通入稀NaOH溶液，开启直流电源进行电解，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：阮慧敏，沈江南，吴思梵，陈宣桦，崔海龙，陈子俊，甘晓炜，陈文杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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