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单价选择性离子交换膜的制备
2022-05-03 09:30  

1 项目简介

离子交换膜是电渗析装置的核心材料,与纳滤膜、反渗透膜相比,离子交换膜能够实现更高的水回收率,拥有更长的使用寿命和更低的运行成本,在清洁生产、环境保护、节能减排等方面发挥着越来越重要的作用。

随着离子交换膜的不断发展以及应用领域的不断扩大,传统意义上的离子交换膜在很多领域已不能满足实际的需求。而单价选择性离子交换膜在海水浓缩制取食盐、氯碱工业生产、从废酸液中将酸进行回收再利用、高盐废水处理中分盐实现零排放等方面具有更广的应用价值。早在上个世纪50年代,日本就已经开始单价选择性阳离子交换膜的研究,并在80年代初成功制备出商业化产品。我国对于单价选择性离子交换膜的研究还十分不成熟,不具备完备的制备过程和相关的领先技术,目前尚无一、二价选择性离子交换膜的规模化生产。实验室或小型装置所使用的单价选择性离子交换膜也存在一些不足之处:离子通量降低、膜电阻较高、稳定性低,其极易受到环境的影响,从而造成改性层的脱落;或者在加反向电场时,单价离子选择性层就会脱落,从而影响离子交换膜的选择性;易化学降解,在水处理、料液浓缩等体系中,由于受到料液环境的影响,相应的活性基团往往会失活、降解甚至脱落;单价选择性离子交换膜的改性选择层均匀性较差,从而影响整体效果。

由河北工程大学承担(河北省2019年重点研发计划项目:19213602D),矿冶科技集团有限公司和河北诺恩水净化设备有限公司合作完成的“单价选择性离子交换膜的制备及其应用研究”于20223月通过河北省科技厅组织的项目验收,该项目以吡咯和壳聚糖为改性剂,以戊二醛为交联剂,用表面浸渍法制备改性阳离子交换膜,改性阳离子交换膜动态电渗析选择透过性系数 为5.28;以DASPSS为改性药剂,采用共价交联法改性商用均相阴离子交换膜,改性阴离子交换膜动态电渗析选择透过性系数 为14.71。单价选择性阳离子交换膜电渗析处理酸性重金属废水中试水量4m3/h,酸度回收率84.1%,重金属截留率大于95%;单价选择性阴离子交换膜电渗析处理高盐废水中试水量5m3/d,选择透过性系数 为8.75,达到初步分盐效果。项目研究成果具有自主知识产权,目前申请发明专利4项,授权1项,另外2项已进入实质审查阶段,申请实用新型专利1项已授权,项目研制成功的单价选择性离子交换膜性能达到国际同类产品水平,但是价格远低于进口产品。

2.应用前景

当前,我国对环境保护愈加重视,高盐废水零排放、煤化工废水零排放、废水资源化等是国家所期待的,也是当前化工、环保工作者的重要任务。单价选择性离子交换膜电渗析过程可选择性地对废水中有用成分进行分离回收实现废水的有效利用,在海水综合利用、工业废水资源化等领域具有巨大的应用潜力。而我国对于单价选择性离子交换膜的研究不足,更谈不上生产应用,同时进口产品价格极高,严重影响工业应用。为此,工业生产的迫切需求以及国外的技术性垄断都使得对于单价选择性离子交换膜的研究刻不容缓。相信单价选择性离子交换膜的成功制备必会对我国工业带来新的技术变革。

日本是较早开始单价选择性阳离子交换膜的研究,并在80年代初成功制备出商业化产品。目前在我国的杭州有日资企业以日本技术生产单价选择性离子交换膜,但是价格很高,受价格影响市场应用较少。

本研究基于目前商业化的离子交换膜,以吡咯和壳聚糖为改性剂,以戊二醛为交联剂,用表面浸渍法制备改性阳离子交换膜,最佳改性条件下改性阳离子交换膜对Na+和对Ca2+的选择透过性系数为5.28,以DASPSS为改性药剂,采用共价交联法改性商用均相阴离子交换膜,最佳条件下选择透过性系数14.71,达到与进口产品同等技术水平。在达到以上技术指标的条件下,试生产单价选择性离子交换膜阳、阴膜,核算成本:单价选择性阳离子交换膜直接生产成本1068/平米,单价选择性阴离子交换膜直接生产成本1060/平米,对比进口产品为3000/平米,具有较大的价格优势。

以目前市场预测单价选择性离子交换膜的需求较大,仅在高盐废水分盐领域预测每年需求量在25000 m2以上,以年生产单价选择性离子交换膜30000 m2,销售预测是可行的。


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