一種高效轉化電驅動膜裝置的製作方法

2023-05-17 13:50:11 1

本發明涉及一種高效轉化電驅動膜裝置。

背景技術：

雙極膜是一種新型離子交換複合膜，它在電場作用下其中間層發生水解離，產生h+和oh-離子。而雙極膜電滲析技術可以實現即時酸/鹼的生產/再生，或者酸化和/或鹼化。

將雙極膜電滲析技術應用於傳統有機酸或有機鹼的生產/再生過程中，不僅可以實現有機酸鹽或有機鹼鹽的轉化，而且產生的naoh或hcl可以回用於生成過程中。

在煙道氣脫硫、天然氣脫硫、甲醇鈉製備、hf與hno3的回收、甲磺酸製備、二甲基異丙胺再生、胺基酸製備、醫藥中間體製備等高端領域具有高應用價值。由於其技術先進性、經濟競爭性和環境友好性，雙極膜電滲析技術被譽為一種可持續發展技術。

但是，雙極膜電滲析技術應用過程轉化率不高，而為了增加轉化率會大幅增加能耗。目前在醫藥中間體製備行業，通過雙極膜電滲析製備的有機酸或有機鹼還是達不到醫藥生產標準，最後還是需要通過特種樹脂提升純度。比如，季胺酯溴鹽通過雙極膜電滲析得到的季胺鹼中含有0.5％溴鹽，需要再通過特種樹脂將0.5％溴鹽降至0.01％符合醫藥中間體生產要求。這說明雙極膜及膜組件的還具有優化和升級的空間。

技術實現要素：

本發明的目的在於，針對現有技術中存在的不足，提供一種高效轉化電驅動膜裝置，用於提高雙極膜電滲析製備酸鹼過程中的轉化率，同時降低運行能耗，提高製備酸鹼的品質，真正實現清潔生產、高效節能以及零排放。

為此，本發明的上述目的通過以下技術方案來實現：

一種高效轉化電驅動膜裝置，包括：鎖緊板、設置在鎖緊板之間的多個高效轉化電驅動膜單元和分別設置在兩側鎖緊板上的陰極和陽極；所述高效轉化電驅動膜單元依次包括：彈性隔板、均相膜、彈性填充隔板和雙極膜，所述彈性填充隔板的填充腔室內填充氫型強酸陽特種樹脂或氫型弱酸陽特種樹脂或氫氧型強鹼陰特種樹脂或氫氧型弱鹼陰特種樹脂；所述鎖緊板兩側上方設置料液進口，所述鎖緊板兩側下方相應地設置料液出口；所述鎖緊板的另外豎直面的一個面的上方設置極液出口，且相應地，其下方設置極液進口。所述高效轉化電驅動膜單元的個數為1～200對。

在採用上述技術方案的同時，本發明還可以採用或者組合採用以下進一步的技術方案：

優選地，所述彈性填充隔板包括彈性填充隔板框和設置在其兩側的隔網，所述彈性填充隔板框和其兩側的隔網形成填充腔室，所述填充腔室內填充氫型強酸陽特種樹脂或氫型弱酸陽特種樹脂或氫氧型強鹼陰特種樹脂或氫氧型弱鹼陰特種樹脂；所述彈性填充隔板框上部設置上導液孔，且相應地，所述彈性填充隔板框下部設置下導液孔；所述上導液孔下方間隔地設置導流板用於使得部分上導液孔與導流板相連通，且相應地，所述下導液孔上方也間隔地設置導流板用於使得部分下導液孔與導流板相連通，並且設置在上導液孔下方的導流板與設置在下導液孔上方的導流板相對錯開布置。料液經上導流孔並經過其下方設置的導流板進入填充腔室，然後再流至下導液孔。

優選地，所述彈性隔板包括彈性隔板框和隔網，所述彈性隔板框上部設置上導液孔，且相應地，所述彈性隔板框下部設置下導液孔；所述上導液孔下方間隔地設置導流板用於使得部分上導液孔與導流板相連通，且相應地，所述下導液孔上方也間隔地設置導流板用於使得部分下導液孔與導流板相連通，並且設置在上導液孔下方的導流板與設置在下導液孔上方的導流板相對錯開布置。

優選地，所述彈性填充隔板框或彈性隔板框為超高分子量的聚乙烯或聚丙烯或聚四氟乙烯中的一種或多種共混的材料。

優選地，所述導流板的厚度為0.7mm～1.5mm，且為多孔道排布。

優選地，所述導流板的材質為超高分子量聚乙烯。

優選地，所述上導液孔或下導液孔為圓形或橢圓形或方形。

優選地，所述隔網添加kdf材料並經過親水性處理，且具有抗菌防止結垢的效果；kdf材料為高純銅/鋅合金等貴金屬材料粉末。

優選地，所述隔網為超高分子量的聚乙烯或聚丙烯或聚四氟乙烯中的一種或多種共混的材料

優選地，所述陰極或陽極為鈦材料為基材，表面塗有12微米厚度的釕釔層，結構為棒狀或板狀或網狀。

優選地，所述均相膜為耐強鹼耐溶劑的阻鹼專用陽膜或耐強酸耐溶劑的阻酸專用陰膜。

優選地，所述雙極膜的中間催化層採用納米鈦矽材料。

與現有技術中的電驅動膜裝置相比，本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置具有如下有益效果：

(1)本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置替代樹脂傳統工藝生產有機弱酸、有機弱鹼過程，解決了特種樹脂需要浪費大量強酸或強鹼藥劑再生的問題，並解決了再生過程中廢水排放的問題；通過高效轉換電驅動膜裝置直接得到有機弱酸和強鹼或有機弱鹼和強酸，無需藥劑再生，無廢水排放；

(2)本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置中採用彈性填充隔板內填充特種樹脂，是的物料的轉化率提高到99％以上，解決了目前雙極膜裝置的轉化率低的問題，間接降低了運行成本；

(3)本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置提高了雙極電滲析製備酸鹼或提取貴金屬過程中的轉化率，同時降低了運行能耗及人工成本；提高了製備酸鹼的品質，真正實現了清潔生產、高效節能以及零排放。

附圖說明

圖1為本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置的主視圖；

圖2為本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置的側視圖；

圖3為本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置的彈性隔板的示意圖；

圖4為本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置的彈性填充隔板的示意圖；

圖5為本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置的一個原理圖；

圖6為本發明所提供的高效轉化電驅動膜裝置的另一個原理圖。

具體實施方式

參照附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細地描述。

實施例1

根據圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，安裝一套高效轉化電驅動膜裝置，包括：鎖緊板1、設置在鎖緊板之間的多個高效轉化電驅動膜單元和分別設置在兩側鎖緊板上的電極2(陰極或陽極)；高效轉化電驅動膜單元依次包括：彈性隔板3、均相膜4、彈性填充隔板5和雙極膜6，彈性填充隔板5的填充腔室內填充氫氧型強鹼陰特種樹脂；鎖緊板1兩側上方設置料液進口101a，鎖緊板1兩側下方相應地設置料液出口101b；所述鎖緊板1的另外豎直面的一個面的上方設置極液出口102a，且相應地，其下方設置極液進口102b。高效轉化電驅動膜單元的膜組對數為200對，形成鹼室、酸室依次排序。在本實施例中，均相膜4為耐強酸耐溶劑的阻酸專用陰膜。彈性填充隔板厚度5mm，填充氫氧型強鹼陰特種樹脂；雙極膜厚度為0.16～0.23mm，膜電阻為1～3ω/cm2；耐強酸耐溶劑的阻酸專用陰膜電阻為0.1～1.5ω/cm2，交聯度為80～86％。

彈性填充隔板5包括隔板框7和設置在其兩側的隔網8，隔板框7和其兩側的隔網8形成填充腔室，填充腔室內填充氫氧型強鹼陰特種樹脂；隔板框7上部設置上導液孔701，且相應地，隔板框7下部設置下導液孔702；上導液孔701下方間隔地設置導流板703用於使得部分上導液孔與導流板相連通，且相應地，下導液孔702上方也間隔地設置導流板703用於使得部分下導液孔與導流板相連通，並且設置在上導液孔下方的導流板與設置在下導液孔上方的導流板相對錯開布置。料液經上導流孔701並經過其下方設置的導流板703進入填充腔室，然後再流至下導液孔702。

彈性隔板3包括隔板框7和隔網8，隔板框7上部設置上導液孔701，且相應地，隔板框7下部設置下導液孔702；上導液孔701下方間隔地設置導流板703用於使得部分上導液孔與導流板相連通，且相應地，下導液孔702上方也間隔地設置導流板703用於使得部分下導液孔與導流板相連通，並且設置在上導液孔下方的導流板與設置在下導液孔上方的導流板相對錯開布置。

原料為含量為20％wt的季胺酯類溴鹽溶液，通入二室高效轉化電驅動膜裝置，在鹼室得到季胺鹼，在酸室得到氫溴酸；

12m3/d的處理量，操作壓力0.06mpa，運行電壓20-250v，電流密度為200a/m2，運行功率32kw，循環運行40min得到季胺酯鹼液和氫溴酸溶液，產品含量在99.0％以上，br離子低於0.01％；氫溴酸溶液中氫離子濃度達到0.9mol/l。高效轉化電驅動膜裝置，轉化率由傳統的85％提高到99％以上，運行費用降低了65％以上；

實施例2

根據圖1、圖2、圖3、圖4和圖6所示，安裝一套高效轉化電驅動膜裝置，彈性填充隔板厚度5mm，填充氫型強酸陽特種樹脂；雙極膜厚度為0.16～0.23mm，膜電阻為1～3ω/cm2；耐強鹼耐溶劑的阻鹼專用陽膜電阻為3ω/cm2，交聯度為80～86％；其他部件的布置方式與實施例1相同。

將1l的酒石酸鈉15％溶液通入上述高效轉化電驅動膜裝置，酸室得到酒石酸，鹼室得到氫氧化鈉；在恆定電流5a，循環100min，可以使99.9％的鈉鹽轉化為酸，平均電流效率80％，能耗3kwh/kg。比傳統雙極膜裝置轉化率高10％，能耗低40％，屬於新一代高效轉化電驅動膜裝置替代傳統樹脂法製備有機酸鹼及傳統雙極膜裝置。

上述具體實施方式用來解釋說明本發明，僅為本發明的優選實施例，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改、等同替換、改進等，都落入本發明的保護範圍。