為了改進滲透裝置，本發明專利技術提供的正向滲透裝置具有：稀釋單元，在所述稀釋單元中原料溶液和包含離子化的陽離子源和離子化的陰離子源的汲取溶液經由半透膜接觸，并通過使用借助所述半透膜從所述原料溶液分離的水來稀釋所述原料溶液；分離單元，在所述分離單元中將通過稀釋單元稀釋的所述汲取溶液分離成水以及所述陽離子源和陰離子源；和溶解單元，在所述溶解單元中使通過所述分離單元分離出的所述陽離子源和陰離子源返回至被稀釋的汲取溶液并使所述陽離子源和陰離子源溶解在該汲取溶液中。所述正向滲透裝置的特征在于，在作為不帶電體的狀態下所述陰離子源和所述陽離子源的分子量各自為31以上，并且在標準狀態下的亨利常數為1.0×104(Pa/mol·分數)以上。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及正向滲透方法(F0方法)和能夠通過該FO方法執行分離和/或濃縮的正向滲透裝置(F0裝置)。
技術介紹
在世界干旱地區和人口密度高的地區，水短缺已成為一個嚴重的問題。因此，需要從海水中除去鹽的脫鹽技術。膜處理法是已知的脫鹽技術。在膜處理法中，通常采用半透膜。已知半透膜是僅允許特定尺寸以下的分子和離子透過的膜。例如，這些膜是使海水中的水而非鹽透過的膜。當溶質濃度不同的兩種溶液經由半透膜接觸時，在兩溶液間產生滲透壓。溶質濃度低的一側(即，低滲透壓的一側)的溶液的溶劑滲透至溶質濃度高的一側(即，高滲透壓的一側)。理論上該滲透現象持續到滲透壓差減小到O的階段。例如，當海水和水經由半透膜接觸時，水傾向于滲透至海水側，并形成平衡態。反向滲透方法(R0方法)和正向滲透方法(F0方法)是使用該滲透膜的已知的膜處理法。RO方法是使諸如水等低分子量的成分由高滲透壓一側逆行滲透至低滲透壓一側的滲透技術。在RO法中對高滲透壓一側施加超過兩溶液的滲透壓差的壓力，從而引起該反向滲透。例如，當從海水分離水時，使海水和水通過半透膜接觸，然后對海水側施加超過海水與水之間的滲透壓差的壓力，通常為大大超過該滲透壓差的壓力，從而使海水中的水滲透至水側。相反，如特許文獻I和2中所公開的，FO方法是使用具有高滲透壓汲取的溶液(汲取溶液(draw solution))從而人為地在兩溶液間產生滲透壓差,并導致水移動的方法。具體而言，使作為原料溶液(feed solution)的起始溶液(原料溶液)和滲透壓高于該原料溶液的汲取溶液經由半透膜接觸。當進行該接觸時，兩溶液間的滲透壓差使原料溶液中的水滲透至汲取溶液一側。隨后，汲取溶液中的溶質成分揮發并被回收，從而分離出原料溶液中的水。此外，還有分離出濃縮的原料溶液的情況。接下來將基于圖1描述從海水分離水的情況的一個實例。圖1顯示了采用FO方法的海水處理裝置的一個實例。實線箭頭顯示出海水或由海水分離出的水11的流動，虛線箭頭顯示出汲取溶液或汲取溶液的溶質12的流動。最初，海水11和汲取溶液12經由半透膜13接觸。海水11中的水透過半透膜13至汲取溶液12一側。然后，在汽提塔(stripping column) 14中，汲取溶液的溶質成分從已經被海水中的水稀釋的汲取溶液揮發，由此分離出水16和汲取溶液的溶質成分15。汲取溶液的溶質成分15在氣體吸收器17中溶解在被稀釋的汲取溶液中，然后再次用作汲取溶液12。標號18表示壓力計。將汽提塔14中的汲取溶液的溶質成分氣化并分離需要很高的揮發性。汲取溶液的溶質成分還必須具有很高的溶解度，以使其溶解在被稀釋的汲取溶液中。此外，汲取溶液的溶質成分當然不應當透過半透膜。當這些要求得不到滿足時，FO裝置或FO方法中將存在下述問題:來自原料溶液的水透過半透膜的透過速率較差；汲取溶液中的溶質最終將通過半透膜而漏出并移向原料溶液一側，加快了該速率；通過使已經被來自原料溶液的水稀釋的汲取溶液的溶質成分揮發而獲得的水中的汲取溶液的溶質的殘存量(汽提性能)變大。已知的實例采用氨離子和二氧化碳的溶液、氨離子的溶液、二氧化硫溶液等作為汲取溶液(特許文獻2和3)。然而，迄今為止尚未獲得能夠充分結合以上的高揮發性、高溶解度和半透膜的不透過性。現有技術的參考文獻專利文獻[專利文獻I]美國專利第6，391，205號[專利文獻2]美國專利申請公開第2005/0145568號[專利文獻3]美國專利第3，171，799號
技術實現思路
本專利技術要解決的問題專利文獻2通過使用以氨和二氧化碳作為溶質的汲取溶液,從而在確保汲取溶液中的溶質成分的高溶解度的同時實現了高揮發性，由此同時實現了提高FO方法中的處理性能和汽提性能。然而，在進行檢查時，本專利技術人遇到的問題是氨在稀釋單元中最終透過半透膜漏出。也就是說，在專利文獻2的方法中，FO裝置中必須要補充大量的氨。在專利文獻3中，通過使用亞硫酸作為汲取溶液的溶質成分而降低了透過半透膜的泄露速率。不過，為了實現汲取溶液中的高溶解度，不可能使用低揮發度的溶質之外的任何物質，因此阻礙了充分的汽提性能。本專利技術的目的在于維持FO裝置和FO方法中來自原料溶液的水透過半透膜的高透過速率、控制由于透過半透膜的泄露而導致的汲取溶液的溶質向原料溶液側的移動、以及降低通過使已經被來自原料溶液的水稀釋的汲取溶液的溶質成分揮發而獲得的水中的汲取溶液的溶質的殘存量(提高汽提性能)。解決問題的單元本專利技術人基于這些狀況進行了深入的研究，結果發現，通過使用包含陰離子源和陽離子源的汲取溶液，使處于不帶電狀態的所述陽離子源的分子量為31以上，并且所述陰離子源和所述陽離子源在標準狀態下的亨利常數各自為1.0X104(Pa/mol.分數(fraction))以上，則能夠解決上述問題。通常，認為亨利常數越小，水合的傾向越大，水合半徑越大(文獻Journal ofChemical&Engineering Data，53 (2008)，2873-2877，展開式(4)、(5)和(6)，InKaw= Δ Ghyd/RT，其中，Kaw=無量綱的亨利常數，AGhyd=水合自由能(隨著負值量級的增大水合的傾向增大，R是阿伏加德羅常數，T是絕對溫度)。此外，據認為水合半徑越大，溶質透過半透膜的泄露越慢(文獻=Desalination, 144 (2002)，387-392，圖2 (b)，390頁，左欄第7行至右欄第8 行；文獻 Journal of Membrane Science, 74 (1992)，05-103，圖 4 和 5，第 98 頁左欄第 34行至101頁左欄第9行)。這自然顯示，物質的水合程度越高，其在水中越不容易揮發(亨利常數越小)，表明難以同時實現不透過半透膜泄露的趨向和揮發的趨向。因此，據認為通過調節汲取溶液的成分來解決上述問題將極為困難。不過，令人驚訝的是，本專利技術人進行的深入研究導致了下述發現:通過采用具有特定分子量以上的并具有特定的亨利常數的陽離子源和陰離子源形式的汲取溶液溶質成分，能夠解決以上問題。具體而言，本專利技術的問題通過以下單元得以解決。<1> 一種正向滲透裝置，所述正向滲透裝置包括稀釋單元，所述稀釋單元用于使原料溶液與包含處于離子化狀態下的陽離子源和陰離子源的汲取溶液經由半透膜接觸，并使用借助所述半透膜從所述原料溶液分離的水來稀釋所述原料溶液；分離單元，所述分離單元用于將已經通過所述稀釋單元而被稀釋的汲取溶液分離成陽離子源和陰離子源、以及水；和溶解單元，所述溶解單元使已經通過所述分離單元分離出的陽離子源和陰離子源返回至所述被稀釋的汲取溶液并使其溶解在該汲取溶液中，其中，處于不帶電狀態下的所述陽離子源的分子量為31以上，并且所述陰離子源和所述陽離子源在標準狀態下的亨利常數各自為1.0X104(Pa/mol.分數)以上。〈2>根據〈1>所述的正向滲透裝置，其中，在標準狀態下，作為不帶電物質的陰離子源的酸解離常數(PKa)為6.0 7.0。<3>根據〈1>或〈2>所述的正向滲透裝置，其中，在標準狀態下，作為不帶電物質的陽離子源的堿解離常數(PKb)為2.0 4.5。<4>根據<1> 〈3>中任一項本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.09.29 JP 2010-2189111.一種正向滲透裝置，所述正向滲透裝置包括稀釋單元，所述稀釋單元用于使原料溶液與包含處于離子化狀態下的陽離子源和陰離子源的汲取溶液經由半透膜接觸，并使用借助所述半透膜從所述原料溶液分離的水來稀釋所述汲取溶液； 分離單元，所述分離單元用于將已經通過所述稀釋單元而被稀釋的汲取溶液分離成陽離子源和陰離子源、以及水；和 溶解單元，所述溶解單元使已經通過所述分離單元分離出的陽離子源和陰離子源返回至所述被稀釋的汲取溶液并使其溶解在該汲取溶液中， 其中，處于不帶電狀態下的所述陽離子源的分子量為31以上，并且所述陰離子源和所述陽離子源在標準狀態下的亨利常數各自為1.0X104(Pa/mol.分數)以上。2.如權利要求1所述的正向滲透裝置，其中，在標準狀態下，作為不帶電物質的陰離子源的酸解離常數(PKa)為6.0 7.0。3.如權利要求1或2所述的正向滲透裝置，其中，在標準狀態下，作為不帶電物質的陽離子源的堿解離常數(PKb)為2.0 4.5。4.如權利要求1 3中任一項所述的正向滲透裝置，其中，作為不帶電物質的陽離子源和/或陰離子源在Iatm下的沸點低于100°C。5.如權利要求1 4中任一項所述的正向滲透裝置，其中，在標準狀態下，作為不帶電物質的陽離子源的堿解離常數(PKb)為4.0 4.5。6.如權利要求1 5中任一項所述的正向滲透裝置，其中，所述陽離子源在標準狀態下的亨利常數為1.0X IO5 (Pa/moI.分數)以上。7.如權利要求1 6中任一項所述的正向滲透裝置，其中，所述陽離子源在標準狀態下的亨利常數為3.0 X IO5 (Pa/moI.分數)以上。8.如權利要求1 7中任一項所述的正向滲透裝置，其中，在即將與半透膜接觸之前的汲取溶液中的陰離子源和陽離子源的濃度各自為每千克水2.4mol以上。9.如權利要求1 8中任一項所述的正向滲透裝置，其中，所述陰離子是碳酸根離子和/或碳酸氫根離子。10.如權利要求1 9中任一項所述的正向滲透裝置，其中，所述陰離子源和所述陽離子源的摩爾比為1:1 1:2。11.如權利要求1 10中任一項所述的正向滲透裝置，其中，所述陽離子源是胺化合物。12.如權利要求1 11中任一項所述的正向滲透裝置，其中，所述陽離子源是選自由三甲基胺、二甲基乙基胺、異丙基胺、二甲基胺和二乙基胺組成的組的一個或多個成員。13.如權利要求1 12中任一項所述的正向滲透裝置，其中，陽離子源和陰離子源的亨利常數各自為1.00 X IO5 (Pa/moI 分數)以上，并且陽離子源的分子量在45 74的范圍。14.如權利要求1 13中任一項所述的正向滲透裝置，其中，陽離子源是三甲基胺或二甲基乙基胺，陰離子源是二氧化碳。15.如權利要求1 14中任一項所述的正向滲透裝置，其中，所述被稀釋的汲取溶液通過加熱至不超過90°C的溫度而分離成陽離子源和陰離子源、以及水。16.如權利要求1 15中任一項所述的正向滲透裝置，其中，在所述稀...
【專利技術屬性】
技術研發人員：池田森人，宮本公明，
申請(專利權)人：富士膠片株式會社，
類型：
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。