一种电渗析用改性离子交换膜及其制备方法和用图
【技术领域】
[0001]本发明属于电渗析技术领域，涉及一种电渗析用改性离子交换膜及其制备方法和用途。
【背景技术】
[0002]电渗析作为膜脱盐技术中的一种，因其具有明显不同于纳滤和反渗透膜的技术特点，如进水指标相对宽泛、运行压力低、操作简单、能耗低以及产水率高等，在含盐废水深度处理、苦咸水淡化、高浓盐水深度浓缩和物料分离提纯等领域得到广泛应用。
[0003]与此同时，随着电渗析的广泛应用，电渗析装置也逐渐暴露出一些问题，如设备漏水、膜间渗水、膜或隔板变形、漏电烧毁膜或隔板以及漏电导致电流效率降低等现象。
[0004]电渗析存在的上述现象或问题受到很多专家和学者的关注，他们从不同角度做了很多电渗析器的改进工作，包括装置的结构形式、运行维护方式、清洗抗污染形式或方法等。其中，研究较多的是从电渗析隔板流道的结构形式上防止内漏或提高膜和隔板间的密闭性等。
[0005]CN2889468Y公开了一种防止内漏的电渗析器隔板，其通过减少补水流道数量和密度，防止离子交换膜与隔板在压紧膜堆时发生凹陷，导致水泄漏。
[0006]CN103816806A公开了一种电渗析隔板，该发明将每条布水流道分成多段，交错设置在两个侧面，在相同数量布水通道条件下，增加离子交换膜与隔板之间的密封性能。
[0007]从上面的两个电渗析隔板专利可以清晰分析出，改进隔板流道形式可在一定程度上减少或防止电渗析设备漏水和膜间渗水现象。但这种方法不能从根本上解决膜变形、漏电烧毁膜或隔板、漏电导致电流效率降低等现象，而这些现象多是因电渗析用离子交换膜发生形变后与隔板间的密闭性发生变化引起的。
【发明内容】
[0008]针对现有技术中存在的问题，本发明对电渗析用离子交换膜进行研究，在离子交换膜有效脱盐面以外的密封区域中加入一种改性剂，使该部分膜凝胶化，以达到绝缘、降低干湿膜的尺寸变化率，提高膜强度，并强化密封效果的目的，从而保证电渗析装置的稳定运行。
[0009]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0010]第一方面，本发明提供了一种电渗析用改性离子交换膜，所述改性离子交换膜包括脱盐面和改性区域；所述改性区域为用改性剂进行改性的区域，该区域为与电渗析隔板上网格以外的区域相接触的区域。
[0011]其中，脱盐面是指离子交换膜进行脱盐的有效区域。
[0012]改性剂使改性区域的离子交换膜凝胶化，从而达到了绝缘，降低干湿膜的尺寸变化率，提高膜强度，并强化密封效果的目的。
[0013]作为本发明的优选方案，所述改性离子交换膜包括改性阴离子交换膜和改性阳离子交换膜。
[0014]作为本发明的优选方案，所述改性区域与电渗析隔板上网格以外的区域密封接触。
[0015]作为本发明的优选方案，所述改性剂为水凝胶类物质和/或橡胶类物质。
[0016]作为本发明的优选方案，所述改性剂为天然高分子水凝胶、人工合成水凝胶、无机类水凝胶、天然橡胶乳或人工合成橡胶中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有:天然高分子水凝胶和人工合成水凝胶的组合，人工合成水凝胶和无机类水凝胶的组合，无机类水凝胶和人工合成橡胶的组合，天然橡胶乳和人工合成橡胶的组合，天然高分子水凝胶、人工合成水凝胶和无机类水凝胶的组合，天然高分子水凝胶、人工合成水凝胶、无机类水凝胶和人工合成橡胶的组合等。
[0017]作为本发明的优选方案，所述天然高分子水凝胶为壳聚糖、海藻酸、纤维蛋白、明胶、胶原、透明质酸或葡聚糖中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有:壳聚糖和海藻酸的组合，纤维蛋白和明胶的组合，明胶、胶原和透明质酸的组合，胶原、透明质酸和葡聚糖的组合，壳聚糖、海藻酸、纤维蛋白、明胶和胶原的组合，壳聚糖、海藻酸、纤维蛋白、明胶、胶原、透明质酸和葡聚糖的组合等。
[0018]优选地，所述人工合成水凝胶为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸羟乙酯或上述人工合成水凝胶的衍生物中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有:聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的组合，聚乙烯基吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸羟乙酯的组合，聚丙烯酰胺的衍生物和聚丙烯酸的衍生物的组合，聚乙烯基吡咯烷酮的衍生物和聚甲基丙烯酸羟乙酯的衍生物的组合，聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸羟乙酯的组合等。
[0019]优选地，所述无机类水凝胶为二氧化硅、锂藻土、羟基磷灰石、碳酸钙或无机碳中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有:二氧化硅和锂藻土的组合，锂藻土和羟基磷灰石的组合，羟基磷灰石、碳酸钙、和无机碳的组合，二氧化硅、锂藻土、羟基磷灰石和碳酸钙的组合，二氧化硅、锂藻土、羟基磷灰石、碳酸钙和无机碳的组合。上述无机类水凝胶为无机纳米材料。
[0020]优选地，所述人工合成橡胶为顺丁橡胶、氯丁橡胶或丁苯橡胶中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有:顺丁橡胶和氯丁橡胶的组合，氯丁橡胶和丁苯橡胶的组合，顺丁橡胶、氯丁橡胶和丁苯橡胶的组合等。
[0021]第二方面，本发明提供了上述电渗析用改性离子交换膜的制备方法，所述方法为:在离子交换膜上与电渗析隔板的网格以外的区域相接触的区域注入或填充改性剂，其注入或填充原理如图2所示。
[0022]第三方面，本发明提供了上述电渗析用改性离子交换膜的用途，其应用于电解质溶液的分离及浓缩处理领域。其可应用于各种电解质溶液的分离及浓缩处理，包括但不限于盐溶液、酸、碱的分离及浓缩处理领域，该电解质溶液可为任意浓度的电解质溶液，包括几百毫克每升至几万毫克每升，对其浓度并无特殊限制。
[0023]作为本发明的优选方案，所述的电渗析用改性离子交换膜应用于质量浓度不大于30 %的电解质溶液的分离及浓缩处理领域。
[0024]第四方面，本发明提供了一种采用上述电渗析用改性离子交换膜的电渗析装置。
[0025]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0026]本发明通过采用改性剂对离子交换膜与电渗析隔板上网格以外的区域相接触的区域进行改性，使部该部分膜凝胶化，以达到绝缘、降低干湿膜的尺寸变化率，提高膜强度，并强化密封效果的目的。采用改性离子交换膜的电渗析装置与未采用改性离子交换的电渗析装置比较，干/湿膜最大尺寸变化率由40%降低到5.7%，电流效率提高了 5?6%。，长期运行脱盐率和电流效率差异更明显，并且采用改性离子交换的电渗析装置在运行结束后不会出现膜烧毁、电流效率或脱盐率降低等现象。
【附图说明】
[0027]图1是本发明所述的改性离子交换膜结构示意图；
[0028]图2是本发明所述的改性离子交换膜的微观结构示意图；
[0029]其中，1-脱盐面，2-改性区域，3-电渗析隔板，4-网格。
【具体实施方式】
[0030]以下结合若干个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
[0031]以下实施例中的改性离子交换膜的结构如图1所示，其微观结构如图2所示。
[0032]实施例1:
[0033]本实施例采用聚丙烯酰胺对离子交换膜进行与电渗析隔板3上网格4以外的区域相接触的区域改性。
[0034]用800mmX400mm聚丙稀酰胺改性异相离子交换膜50对和同尺寸100张0.9mmPP隔板，用800mmX 400mm普通异相离子交换膜50对和同尺寸100张0.9mmPP隔板，分别组装成相同的单级单段电渗析膜堆，其管道布置