專利名稱：生物離子快導體膜電滲析治理污水新技術(shù)的制作方法
保護環(huán)境，充分利用水資源是人類的共同心聲，科學家們歷經(jīng)艱辛的研究、探索尋找一種既先進、效率高的廢水綜合治理回收利用的好途徑，最終認為行之有效的方法，應首選離子交換膜電滲析法。
然而，時至今日，由于膜的制作工藝和材料存在的缺陷，即膜在污水治理應用過程中，因水中懸浮物等雜質(zhì)多，容易使膜堵塞，例如造紙黑液除了懸浮物等雜質(zhì)堵膜外，還有更為頭痛的是硅在陽極室中與H+結(jié)合后形成不溶性硅酸鹽類沉積于膜表面。由于膜的堵塞使膜的離子交換量隨時間不斷下降，同時造成膜電阻升高。電流效率下降，電耗增大。這就是傳統(tǒng)的和近代出現(xiàn)的新離子交換膜電滲析法無法適用于污水治理的原因之一。
另外，由于在電滲析過程中，陰極室不斷產(chǎn)生氫氣，從而產(chǎn)生大量的氣泡，附著于膜表面也導致膜的離子交換量下降，電阻增大，電流效率下降，電耗增大，這是不能適應污水治理原因之二。
綜合目前以出現(xiàn)的離子交換膜電滲析裝置在污水治理中存在不能適應高濃度廢水治理的缺陷歸納如下一、要求進水水質(zhì)含污染雜質(zhì)少的要求太高。
二、陰陽電極間極距大，液體在槽極室流動性極差，膜易受污染。
三、目前出現(xiàn)的最先進的離子交換膜對氫氣產(chǎn)生的氣泡雖有膜表面粗糙法對膜表面進行處理后，氣泡效應有所改善，但因膜表面粗糙層易被廢水污染物堵塞，隨時間的延長，該改善效應隨之失去。
四、由于陽極多為金屬電蝕消耗太大，使用壽命短，運行成本占電滲析的70％，造成運行成本高。
本發(fā)明技術(shù)與現(xiàn)有國內(nèi)外先進技術(shù)相比較具有如下特點一、本發(fā)明技術(shù)是由一種生物離子快導體膜及高特耐蝕強靜電場膜電極，組成的高節(jié)能凈化型污水治理電滲析裝置，該裝置的膜是利用一種特殊制作有生物菌體天然陽離子和陰離子相應的缺陷性通道聚合材料，該通道排布均勻，彎曲少，通道間隔致密性好，非通道滲漏性低，不同于一般純有機物膜經(jīng)人為溶脹性完全彎曲交錯的離子通道，而本發(fā)明技術(shù)的生物離子快導體膜的離子通道幾乎是直線通道，使離子的遷移速度快，阻力小，因此膜不易被污染和堵塞。
二、本發(fā)明的生物離子快導體陽離子交換膜，在聚合成膜過程中，因?qū)肓岁栯x子快導體磺化菌體，除能有效阻擋陰離子通過膜，只允許陽離子遷移通過膜的特性外，在制作過程中利用菌體某一成份溶于強堿性溶液的特性，處理時使該附著于膜淺表層成份溶解，形成排布均勻，厚薄一致的極淺網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)面，在電滲析時因電流作用產(chǎn)生表淺紊流，使陰極產(chǎn)生的氫氣泡無法附著膜表面，因此本發(fā)明的膜無氫氣泡效應，因此電阻小于一般電滲析膜，電流效率高于一般電滲析膜，其耗電量僅一般電滲析膜的60-70％，所以膜離子遷移量高于一般的電滲析膜。
三、由于本發(fā)明的膜有特制的生物體存在，其靜電場效應比一般電滲析裝置高20-30％，因此離子遷移速度快，所以稱為生物離子快導體膜。其極距為零極距(或極小極距0.3mm-1.0mm)，而一般用于高濃度廢水治理的電滲析極距最小的為18cm-20cm，而本發(fā)明的生物離子快導體膜電滲析裝置其極距是零，極室液體紊流流動性好，所以污染物不易沉積堵膜。
四、本發(fā)明的生物離子快導體電滲析專用陽極(或陰極)是一種導入了特制強靜電場菌體制成非金屬體的導電膜，因此不存在電蝕性電極消耗。
因電極屬非金屬性，沒有金屬性電蝕物駁落，也無重金屬極水產(chǎn)生，從環(huán)境保護角度看，是屬于一種高凈化節(jié)能型污水治理先進電滲析裝置。
綜合本發(fā)明技術(shù)的先進優(yōu)點在于一、高抗污染性，高凈化性。
二、高效節(jié)能性和高化學穩(wěn)定性。
三、適應性廣，可用于造紙黑液、高硫酸根、高鹽等高濃度廢水治理綜合回收利用，氯堿工業(yè)(或硫酸鈉制堿工藝)、海水淡化、純凈水的制備等。
本發(fā)明的主要目的是通過如下技術(shù)實現(xiàn)的一種生物快離子導體膜電滲析治理污水技術(shù)一、生物離子快導體膜的制作技術(shù)。
(一)生物離子快導體膜陽膜的制作技術(shù)。
1、膜增強體滌綸網(wǎng)布2、主體料名稱及用量特制磺化菌快離子導體粉末(600目)60份；苯乙烯5份；聚四氟乙烯15份；二乙烯基苯6份；甲基乙烯酮2份；偶氮二異丁腈0.5份；摻雜劑1.5份3、輔助料名稱及用量磺化劑30份 氯化劑70份硫酸水溶液適量。
4、工藝(1)在帶有冷凝器及攪拌器的反應器中，按配比量加入磺化菌快離子導體粉末、苯乙烯、二乙烯基苯，甲基乙烯酮及偶氮二異丁腈，在不斷攪拌下慢慢加熱至60-65℃，反應1小時，生成粘稠狀物質(zhì)。
(2)將冷卻后除氣泡的粘稠反應物，慢慢倒在成膜模板上，然后將兩塊模板疊放平整，制成厚為0.2mm的膜，再于60℃左右加熱聚合4小時。
(3)除去成膜模板，再在60-70℃下加熱2-3小時，即制成無色透明的柔軟基膜。
(4)在干燥防潮的條件下，將制得的基膜放在盛有氯化劑與磺化劑混合溶液中浸漬20小時左右，再依次用不同濃度的硫酸水溶液洗滌，使氯磺基轉(zhuǎn)化為磺酸基。最后用水洗滌。
(5)用羧?；芤号c快離子導體菌體粉混合后涂布于膜的一面，使磺酸基轉(zhuǎn)為羧酰氯基，再用正丁醇浸漬，同時吹入空氣，并加熱進行氯化處理，使羧酰氯基轉(zhuǎn)為羧酸基，經(jīng)處理后的膜即為生物離子快導體膜既有磺酸基，又有羧酸結(jié)合的膜，再經(jīng)充分水洗后，在室溫干燥至恒重。
(6)將平均顆粒為5um的平絡菌體混合物用水調(diào)成糊狀，將此糊狀物涂布在濾紙上，干燥后，在紙表面形成平絡菌體層。然后將上述膜兩面與這種涂布有平絡菌體層濾紙一起加熱(160℃、2.94MPa)的條件下加壓，再把膜制品浸在堿性溶液中，使菌體中溶于堿性成份溶解后，在膜表面形成網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)，再在甲醇中浸泡(60℃)5小時，取出于25℃空氣中干燥48小時，經(jīng)處理后的膜其表面形成的均勻一致的網(wǎng)絡鏈紋面，能在電滲析時在電解質(zhì)溶液中，可形成很好的紊流效應，消除因氫氣產(chǎn)生的氣泡導致膜電阻增大，槽電壓上升。并可防止膜的堵塞，從而極大提高了電流效率，降低了電耗。
(二)生物離子快導體陰膜的制作。
1、膜增強體滌綸網(wǎng)布2、主體料名稱及用量特制胺化菌快離子導體粉末(600目)60份；苯乙烯15份；聚四氟乙烯15份二乙烯基苯6份； 甲基乙烯酮2份；偶氮二異丁腈0.5份； 摻雜劑1.5份；3、輔助料名稱及用量N-甲基呱嗪適量 甲醇適量氯化鋰適量 10％NaOH-CH3OH混合溶液適量。
4、工藝將主體料混合后同制陽膜的方法制作成基膜。
(5)將膜用10％NaOH-CH3OH混合水溶液進行皂化(水解)，再在50℃與N-甲基呱嗪甲醇混合液中共熱48h，再在甲醇與氯化鋰溶液中反應24h，得含季銨鹽生物離子快導體陰離子交換膜。
(三)高特耐蝕強靜電場膜電極制作技術(shù)這種高特耐蝕強靜電場膜電極，主要用作電滲析陽極，屬非金屬型，電滲析工作過程中無電蝕(或極小)，導電率高，又有高特耐蝕性，無電蝕金屬駁落性極水污染，且有較強的靜電效應，具有高凈化、高節(jié)能效果。
1、電極材料組成(1)主體材料及用量磺化氟酸混合鎳浸出液60份丁酮10份； 氟化鋰10份；乙二醇單甲醚15份 碘(I2)2分環(huán)氧樹脂適量(2)制作工藝將鎳浸出液、丁酮、氟化鋰、二乙醇單甲醚混合成電解質(zhì)。
2、以玻璃板作陽極，以鎳作陰極。
3、在陽極上涂環(huán)氧樹脂，待固化后，進行電解聚合成膜。操作條件是在2mA/cm2的電流密度的條件下氧化60min，即在陽極上形成均勻的導電性薄膜，厚度約16um。再根據(jù)需要用致孔劑進行致孔。
二、生物離子快導體膜在電滲析器中的安裝和使用方法1、以造紙黑液堿(NaOH)回收及其它工業(yè)廢水回收NaOH為例說明(1)膜及電極的安裝①以塑料框為膜及電極的支架，以～40mm寬空間塑料框作為進污水極室(陽極室)，兩側(cè)裝上高特耐蝕性強靜電場膜電極為陽極，生物快離子導體膜(陽膜)裝在靠電極內(nèi)側(cè)塑料框上組成陽極室，膜與電極之間緊貼。
②以～40mm寬空間塑料框作為進自來水回收NaOH陰極室，生物快離子導體膜(陽膜)緊貼塑料框，膜表面緊貼裝不銹鋼陰極，陽極與陰極距為0.6-1.0mm。根據(jù)黑液處理量不同，而制作及相應的電滲析器，組裝時陰、陽極室交替排列，陽極室與陰極室以陽膜隔開，框極室之間用槽鋼連接，螺絲緊固至不滲漏為準。工作時電流密度為30-40A/bm2單膜，電壓3.0-3.25V。溫度5-90℃均可。電耗1200KW/NaOHt左右。
2、以高濃度硫酸根及高氨氮廢水回收利用為例，不同于造紙黑液的是陽極塑料框兩側(cè)面均裝上生物離子快導體陰膜，陰極塑料框兩側(cè)面均裝上生物離子快導體陽膜，電極與膜緊貼，陰極室(框)與陽極室(框)電極間以一導體相連，極距為0.6-1.0mm。組裝方式陽極室回收硫酸根SO42-，陰極室回收NH4+(氨)，中間框室為廢水室(進廢水)，兩極室間隔40mm。工作時電流密度為30-40A/bm2，電壓3.0-3.25V，溫度5-90℃均可。
權(quán)利要求
一種生物離子快導體膜電滲析治理污水新技術(shù)，其特征在于一、生物離子快導體膜的制作技術(shù)。(一)生物離子快導體膜陽膜的制作技術(shù)。1、膜增強體滌綸網(wǎng)布2、主體料名稱及用量特制磺化菌快離子導體粉末(600目)60份；苯乙烯5份；聚四氟乙烯15份；二乙烯基苯6份；甲基乙烯酮2份；偶氮二異丁腈0.5份；摻雜劑1.5份3、輔助料名稱及用量磺化劑30份 氯化劑70份硫酸水溶液適量。4、工藝(1)在帶有冷凝器及攪拌器的反應器中，按配比量加入磺化菌快離子導體粉末、苯乙烯、二乙烯基苯，甲基乙烯酮及偶氮二異丁腈，在不斷攪拌下慢慢加熱至60-65℃，反應1小時，生成粘稠狀物質(zhì)。(2)將冷卻后除氣泡的粘稠反應物，慢慢倒在成膜模板上，然后將兩塊模板疊放平整，制成厚為0.2mm的膜，再于60℃左右加熱聚合4小時。(3)除去成膜模板，再在60-70℃下加熱2-3小時，即制成無色透明的柔軟基膜。(4)在干燥防潮的條件下，將制得的基膜放在盛有氯化劑與磺化劑混合溶液中浸漬20小時左右，再依次用不同濃度的硫酸水溶液洗滌，使氯磺基轉(zhuǎn)化為磺酸基。最后用水洗滌。(5)用羧酰基溶液與快離子導體菌體粉混合后涂布于膜的一面，使磺酸基轉(zhuǎn)為羧酰氯基，再用正丁醇浸漬，同時吹入空氣，并加熱進行氯化處理，使羧酰氯基轉(zhuǎn)為羧酸基，經(jīng)處理后的膜即為生物離子快導體膜既有磺酸基，又有羧酸結(jié)合的膜，再經(jīng)充分水洗后，在室溫干燥至恒重。(6)將平均顆粒為5um的平絡菌體混合物用水調(diào)成糊狀，將此糊狀物涂布在濾紙上，干燥后，在紙表面形成平絡菌體層。然后將上述膜兩面與這種涂布有平絡菌體層濾紙一起加熱(160℃、2.94MPa)的條件下加壓，再把膜制品浸在堿性溶液中，使菌體中溶于堿性成份溶解后，在膜表面形成網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)，再在甲醇中浸泡(60℃)5小時，取出于25℃空氣中干燥48小時，經(jīng)處理后的膜其表面形成的均勻一致的網(wǎng)絡鏈紋面，能在電滲析時在電解質(zhì)溶液中，可形成很好的紊流效應，消除因氫氣產(chǎn)生的氣泡導致膜電阻增大，槽電壓上升。并可防止膜的堵塞，從而極大提高了電流效率，降低了電耗。(二)生物離子快導體陰膜的制作。1、膜增強體滌綸網(wǎng)布2、主體料名稱及用量特制胺化菌快離子導體粉末(600目)60份；苯乙烯15份； 聚四氟乙烯15份二乙烯基苯6份；甲基乙烯酮2份；偶氮二異丁腈0.5份；摻雜劑1.5份；3、輔助料名稱及用量N-甲基呱嗪適量 甲醇適量氯化鋰適量 10％NaOH-CH3OH混合溶液適量。4、工藝將主體料混合后同制陽膜的方法制作成基膜。(5)將膜用10％NaOH-CH3OH混合水溶液進行皂化(水解)，再在50℃與N-甲基呱嗪甲醇混合液中共熱48h，再在甲醇與氯化鋰溶液中反應24h，得含季銨鹽生物離子快導體陰離子交換膜。
二、高特耐蝕強靜電場膜電極制作技術(shù)這種高特耐蝕強靜電場膜電極，主要用作電滲析陽極，屬非金屬型，電滲析工作過程中元電蝕(或極小)，導電率高，又有高特耐蝕性，無電蝕金屬駁落性極水污染，且有較強的靜電效應，具有高凈化、高節(jié)能效果。1、電極材料組成(1)主體材料及用量磺化氟酸混合鎳浸出液60份丁酮10份； 氟化鋰10份；乙二醇單甲醚15份 碘(I2)2分環(huán)氧樹脂適量(2)制作工藝將鎳浸出液、丁酮、氟化鋰、二乙醇單甲醚混合成電解質(zhì)。2、以玻璃板作陽極，以鎳作陰極。3、在陽極上涂環(huán)氧樹脂，待固化后，進行電解聚合成膜。操作條件是在2mA/cm2的電流密度的條件下氧化60min，即在陽極上形成均勻的導電性薄膜，厚度約16um。再根據(jù)需要用致孔劑進行致孔。
三、生物離子快導體膜在電滲析器中的安裝和使用方法1、以造紙黑液堿(NaOH)回收及其它工業(yè)廢水回收NaOH為例說明(1)膜及電極的安裝①以塑料框為膜及電極的支架，以～40mm寬空間塑料框作為進污水極室(陽極室)，兩側(cè)裝上高特耐蝕性強靜電場膜電極為陽極，生物快離子導體膜(陽膜)裝在靠電極內(nèi)側(cè)塑料框上組成陽極室，膜與電極之間緊貼。②以～40mm寬空間塑料框作為進自來水回收NaOH陰極室，生物快離子導體膜(陽膜)緊貼塑料框，膜表面緊貼裝不銹鋼陰極，陽極與陰極距為0.6-1.0mm。根據(jù)黑液處理量不同，而制作及相應的電滲析器，組裝時陰、陽極室交替排列，陽極室與陰極室以陽膜隔開，框極室之間用槽鋼連接，螺絲緊固至不滲漏為準。工作時電流密度為30-40A/bm2單膜，電壓3.0-3.25V。溫度5-90℃均可。電耗1200KW/NaOHt左右。2、以高濃度硫酸根及高氨氮廢水回收利用為例，不同于造紙黑液的是陽極塑料框兩側(cè)面均裝上生物離子快導體陰膜，陰極塑料框兩側(cè)面均裝上生物離子快導體陽膜，電極與膜緊貼，陰極室(框)與陽極室(框)電極間以一導體相連，極距為0.6-1.0mm。組裝方式陽極室回收硫酸根SO42-，陰極室回收NH4+(氨)，中間框室為廢水室(進廢水)，兩極室間隔40mm。工作時電流密度為30-40A/bm2，電壓3.0-3.25V，溫度5-90℃均可。
全文摘要
本發(fā)明提供了生物離子快導體膜電滲析治理污水新技術(shù)。該發(fā)明技術(shù)是由一種生物離子快導體膜及高特耐蝕強靜電場膜電極組成的高節(jié)能凈化型污水冶理電滲析裝置。其特征是膜表面有較好的紊流結(jié)構(gòu),能消除氫氣效應和堵膜等原因?qū)е碌碾姾拇?電極為非金屬,無駁落金屬性水污染,適用于造紙黑液、制堿工業(yè)、海水淡化、純凈水制備等。
文檔編號B01D61/50GK1245148SQ9910269
公開日2000年2月23日 申請日期1999年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月17日
發(fā)明者許裕金 申請人:許裕金, 陸正禹