一种不对称双极膜电渗析装置和制备酸碱的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种不对称双极膜电渗析装置，包括若干个重复单元组成的膜堆，所述重复单元由依次叠加的第一双极膜、第一垫片、第一流道隔网、阳离子交换膜、第二流道隔网、阴离子交换膜、第三流道隔网、第二垫片和第二双极膜组成；所述第一垫片用于调整所述第一双极膜的有效面积，所述第二垫片用于调整所述第二双极膜的有效面积。本申请还提供了一种利用不对称双极膜电渗析装置制备酸碱的方法。本申请可调整双极膜的有效面积，由此可达到调节双极膜中的水分解和减少经济成本的目的；本发明专利技术的方法操作简单，且成本较低，比传统的双极膜电渗析制备酸碱技术更具经济竞争力，为双极膜电渗析的工业化发展提出了新的思路。的工业化发展提出了新的思路。

【技术实现步骤摘要】
relative insignificance of advanced materials in enhancing the energy efficiency of desalination technologies，Energy&Environmental Science，13(6)(2020)1694
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1710)报道，由于针对于当前的膜，膜工艺已经在非常接近热力学定律所规定的实际最低耗电量下运行，所以对膜材料进行改进，例如进一步提高其透水性等，只会带来边际收益。因此，新的创新操作方法和工艺设计被需要以实现双极膜电渗析技术的进一步发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题在于提供一种不对称双极膜电渗析制备酸碱的方法，通过改进双极膜电渗析膜堆装置，调整双极膜有效面积与阴离子交换膜和阳离子交换膜的膜面积比，使不对称双极膜电渗析膜堆内所需的双极膜有效面积减少，且即使在双极膜有效面积大幅减少的情况下，不对称双极膜电渗析生产酸碱的速率也未出现明显降低，最终可获得的酸碱浓度与传统双极膜电渗析近乎相同，因此，本申请提供的双极膜电渗析装置具有提高双极膜清洁生产技术的经济效益的潜力，能够实现可持续发展的目标。
[0006]有鉴于此，本申请提供了一种不对称双极膜电渗析装置，包括若干个重复单元组成的膜堆，所述重复单元由依次叠加的第一双极膜、第一垫片、第一流道隔网、阳离子交换膜、第二流道隔网、阴离子交换膜、第三流道隔网、第二垫片和第二双极膜组成；所述第一垫片用于调整所述第一双极膜的有效面积，所述第二垫片用于调整所述第二双极膜的有效面积，所述第一双极膜的有效面积小于所述阳离子交换膜的有效面积，所述第二双极膜的有效面积小于所述阴离子交换膜的有效面积。
[0007]优选的，所述第一垫片为聚丙烯垫片，所述第二垫片为聚丙烯垫片。
[0008]优选的，所述第一垫片为具有水流通道和内部空腔的垫片，所述第二垫片为具有水流通道和内部空腔的垫片，所述第一垫片的内部空腔的面积为45～190cm2，所述第二垫片的内部空腔的面积为45～190cm2。
[0009]优选的，所述第一双极膜、所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜的膜面积为(1～3)：(1～4)：(1～4)。
[0010]优选的，所述第一双极膜、所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜的有效膜面积比为3:4:4、1:2:2或1:3:3。
[0011]本申请还提供了一种利用不对称双极膜电渗析装置制备酸碱的方法，包括以下步骤：
[0012]利用不对称双极膜电渗析装置，先向膜堆的盐室通入氯化钠溶液，向膜堆的酸室和碱室分别通入去离子水，向膜堆的阴极室和阳极室分别通入强电解质溶液；再进行电渗析，得到氢氧化钠溶液和盐酸溶液；
[0013]所述不对称双极膜电渗析装置为所述的不对称双极膜电渗析装置。
[0014]优选的，所述强电解质溶液为0.01～1.0mol/L的硫酸钠溶液。
[0015]优选的，所述阳极室、阴极室、酸室、碱室和盐室的线速度分别为3～10cm/s。
[0016]优选的，所述电渗析的过程中，采用直流电进行电渗析，所述直流电的电流密度为300～600A/m2。
[0017]优选的，当所述盐室内的电导率低于5mS/cm时，停止电渗析。
[0018]本专利技术提供了一种不对称双极膜电渗析装置，其包括若干个重复单元组成的膜堆，所述重复单元由依次叠加的阳极、第一双极膜、第一垫片、第一流道隔网、阳离子交换膜、第二流道隔网、阴离子交换膜、第三流道隔网、第二垫片、第二双极膜和阴极组成，但双极膜的有效面积小于阳离子交换膜和阴离子交换膜的有效面积；因此，当在不对称双极膜电渗析膜堆上施加相同的电流密度时，施加在双极膜上的电流密度可以高于单极离子交换膜上的电流密度，从而促进双极膜中的水分解。例如，当双极膜的有效面积与阴离子交换膜、阳离子交换膜的膜面积比为1:2:2时，不对称双极膜电渗析在酸碱生产方面表现出了与传统双极膜电渗析相当的性能；从工艺经济性上看，不对称双极膜电渗析所需的总工艺成本为0.78$/kg
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NaOH，比传统双极膜电渗析工艺成本低22％。因此，不对称双极膜电渗析制备酸碱的方法能够促进双极膜中的水分解并且提高双极膜电渗析的环境和经济效益，具有扩大成工业规模的潜力，推动膜工艺的可持续发展。
附图说明
[0019]图1为本专利技术提供的不对称双极膜电渗析酸碱的装置示意图；
[0020]图2为本专利技术提供的不对称双极膜电渗析制备酸碱装置中由阳极、膜、流道隔网、聚丙烯(PP)垫片和阴极间隔形成的隔室的结构示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例1～5中的氢氧化钠浓度变化示意图；
[0022]图4为本专利技术实施例1～5中的盐酸浓度变化示意图；
[0023]图5为本专利技术实施例1～5中的氢氧化钠电流效率和能耗示意图。
具体实施方式
[0024]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。
[0025]针对现有技术中双极膜电渗析成本高昂的问题，本申请提供了一种不对称双极膜电渗析装置和利用所述电渗析装置制备酸碱的方法，该不对称双极膜电渗析装置利用调整双极膜的尺寸，降低了成本，且实现了酸碱的有效制备。具体的，如图1所示，本申请不对称双极膜电渗析装置包括不对称双极膜电渗析膜堆、料液储罐和电源；在双极膜电渗析膜堆的两侧固定有阳极板和阴极板，阳极板连接电源的正极、阴极板连接电源的负极。其中膜堆由若干个重复单元组成，所述重复单元包括依次叠加的第一双极膜、第一垫片、第一流道隔网、阳离子交换膜、第二流道隔网、阴离子交换膜、第三流道隔网、第二垫片和第二双极膜组成；且第一双极膜与阳极板接触，第二双极膜与阴极板接触。具体如图2所示，图2中，第一双极膜简称为BPM，阴离子交换膜简称为AEM，阳离子交换膜简称为CEM。
[0026]在本申请提供的不对称双极膜电渗析装置中，所述阴离子交换膜和所述第二双极膜构成酸室，所述阴离子交换膜和所述阳离子交换膜之间构成盐室，所述阳离子交换膜和所述第一双极膜之间构成碱室，所述第一双极膜和阳极板之间构成阳极室，所述第二双极膜和阴极板之间构成阴极室。在本申请中，由双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜胶体叠加构成的“酸室
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盐室
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碱室”的重复单元数量根据需要设置，可以通过重复叠加膜单元增加物料的处理量。
[0027]在本申请中，所述第一垫片用于调整所述第一双极膜的有效面积，所述第二垫片用于调整所述第二双极膜的有效面积；所述第一垫片和所述第二垫片的内部具有空腔和水流通道，所述空腔用以调整双极膜的有效面积；所述第一垫片和所述第二垫片内部的空腔可以为圆形，可以为方形，还可以为其他形状，对此本申请没有特别的限制。具体的，与双极膜接触的垫片具有密封性和绝缘性，实现了对双极板的有效面积的调节，使不对称电渗析膜堆中的双极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不对称双极膜电渗析装置，包括若干个重复单元组成的膜堆，所述重复单元由依次叠加的第一双极膜、第一垫片、第一流道隔网、阳离子交换膜、第二流道隔网、阴离子交换膜、第三流道隔网、第二垫片和第二双极膜组成；所述第一垫片用于调整所述第一双极膜的有效面积，所述第二垫片用于调整所述第二双极膜的有效面积，所述第一双极膜的有效面积小于所述阳离子交换膜的有效面积，所述第二双极膜的有效面积小于所述阴离子交换膜的有效面积。2.根据权利要求1所述的不对称双极膜电渗析装置，其特征在于，所述第一垫片为聚丙烯垫片，所述第二垫片为聚丙烯垫片。3.根据权利要求1所述的不对称双极膜电渗析装置，其特征在于，所述第一垫片为具有水流通道和内部空腔的垫片，所述第二垫片为具有水流通道和内部空腔的垫片，所述第一垫片的内部空腔的面积为45～190cm2，所述第二垫片的内部空腔的面积为45～190cm2。4.根据权利要求1所述的不对称双极膜电渗析装置，其特征在于，所述第一双极膜、所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜的膜面积为(1～3)：(1～4)：(1～4)。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铜文，符蓉，汪耀明，蒋晨啸，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：