一种海藻酸海水淡化预处理工艺及其复合盐纤维的制备的制作方法

本发明属于海水淡化技术及海藻酸纤维制备领域，具体涉及一种海藻酸海水淡化预处理工艺及其复合盐纤维的制备。

背景技术：

反渗透膜海水淡化技术的成本大多来自于能源消耗（>50%）和膜污垢对反渗透膜的损坏（>25%）导致运营成本高。其技术的核心瓶颈是未处理海水的盐分浓度，即海水盐分越高，需要的渗透压越高，需要的能量越多，越容易造成膜污垢。海水平均35000 ppm的盐分，较之一般城市污水1000-2000 ppm的盐分含量，使得反渗透膜海水淡化技术的单位成本高居不下，难以形成价格竞争优势。

海藻酸是由单糖醛酸线性聚合而成的多糖，单体为β-1,4-D-甘露糖醛酸（M）和 α-1,4-L-古洛糖醛酸（G）（如图1所示）。M和G单元以M-M，G-G或M-G的组合方式通过1, 4糖苷键相连成为嵌段共聚物。海藻酸通过离子交换和螯合作用与海水中的钠离子(Na⁺)、钾离子（K⁺）、镁离子(Mg²⁺)、钙离子(Ca²⁺)离子结合，并以海藻酸复合盐凝胶的形式沉淀出来（机理如图2所示）。海藻酸盐可以通过湿法纺丝制成纤维，具有热不可逆性。目前，海藻酸盐类纤维通以其优异的生物相容性、高吸湿性、止血性、成胶性、促进伤口愈合性、抑菌性和可生物降解性等特性，广泛应用于纺织纤维、医药卫生等领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有反渗透膜海水淡化技术的不足，提供一种海藻酸海水淡化预处理工艺及副产物海藻酸复合盐纤维的制备方法。本发明利用海藻酸能与海水中的钠离子、钾离子、镁离子、钙离子以离子交换和螯合作用结合成凝胶沉淀的机理，改善反渗透膜海水淡化技术中的海水含盐量，缓解为提高海水渗透压导致的高耗能现状，减低反渗透膜海水淡化技术能耗成本。同时，该预处理技术中沉淀出的海藻酸复合盐纤维凝胶可以通过湿法纺丝直接制备高附加值的海藻酸盐医用敷料、纺织纤维等，进一步减低海水淡化技术成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种海藻酸海水淡化预处理工艺，其具体步骤为：在海水淡化工艺中，将海藻酸溶解于多效过滤或机械过滤预处理后的海水中，海藻酸通过离子交换和螯合作用与海水中的钠离子(Na⁺)、钾离子（K⁺）、镁离子(Mg²⁺)、钙离子(Ca²⁺)离子结合，并以海藻酸复合盐凝胶的形式沉淀出来，使得海水盐分下降；海藻酸复合盐凝胶的形成和沉淀可以改善反渗透膜海水淡化技术中的海水含盐量，缓解为提高海水渗透压导致的高耗能现状，减低反渗透膜海水淡化技术能耗成本；所述海藻酸与多效过滤或机械过滤预处理后的海水的质量比为100:1~30（工艺流程如图3所示）。

将上述所提取的海藻酸复合盐凝胶通过凝胶纺丝法制备成纤维，再经干燥即得海藻酸复合盐纤维。

所述原料海藻酸为高G型海藻酸。由于海藻酸(Alginic acid)是由单糖醛酸线性聚合而成的多糖，单体为β-1,4-D-甘露糖醛酸（M）和 α-1,4-L-古洛糖醛酸（G）。其中海藻酸盐纤维吸附镁离子(Mg²⁺)和钙离子(Ca²⁺)离子的能力与其片段中GG区含量有关，因而优选高G（GG区含量>70%）海藻酸作为海水淡化预处理中的絮凝剂。

本发明的海藻酸海水淡化预处理工艺可以有效改善反渗透膜海水淡化技术中海水含盐量，缓解为提高海水渗透压导致的高耗能现状，减低反渗透膜海水淡化技术能耗成本。

本发明制得的海藻酸复合盐纤维具备良好的生物相容性、高吸湿性、促进伤口愈合、抑菌性等特性，可作为医用敷料纤维、纺织纤维使用，并且可以进一步减低海水淡化技术成本。

本发明的有益效果在于：

与现有反渗透膜海水淡化技术相比，海藻酸海水淡化预处理技术可以有效改善反渗透膜海水淡化技术中海水含盐量，缓解为提高海水渗透压导致的高耗能现状，减低反渗透膜海水淡化技术能耗成本。工艺副产物海藻酸复合盐纤维具备良好的生物相容性、高吸湿性、促进伤口愈合、抑菌性等特性，可作为医用敷料纤维、纺织纤维使用，并且可以通过凝胶直接纺丝法制备。与现有海藻酸盐纤维的制备工艺相比，本发明的制备工艺更加简便，原材料消耗低，可以进一步减低海水淡化技术成本和海藻酸盐纤维制备成本。

附图说明

图1为本发明的海藻酸结构式；

图2为本发明的海藻酸吸附海水中钠离子、钾离子、镁离子、钙离子离子的机理图；

图3为本发明的海藻酸海水淡化预处理工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描叙，但不受限于这些实施例。

实施例 1

将G型含量为80%的海藻酸按质量比100:3溶解于多效过滤或机械过滤预处理后的海水中，海藻酸通过离子交换和螯合作用与海水中的钠离子(Na⁺)、钾离子（K⁺）、镁离子(Mg²⁺)、钙离子(Ca²⁺)离子结合，沉淀出质量比为7.1%的海藻酸复合盐凝胶，海水盐分下降至23500 ppm。所提取的凝胶通过凝胶纺丝法制备成纤维，并在60℃干燥得到海藻酸复合盐纤维。该纤维的吸湿率达到98%，对大肠杆菌的抗菌率达到28.5%，对金色葡萄球菌的抗菌率达到43.8%。

实施例 2

将G型含量为75%的海藻酸按质量比100:4溶解于多效过滤或机械过滤预处理后的海水中，海藻酸通过离子交换和螯合作用与海水中的钠离子(Na⁺)、钾离子（K⁺）、镁离子(Mg²⁺)、钙离子(Ca²⁺)离子结合，沉淀出质量比为7.0%的海藻酸复合盐凝胶，海水盐分下降至24800 ppm。所提取的凝胶通过凝胶纺丝法制备成纤维，并在60℃干燥得到海藻酸复合盐纤维。该纤维的吸湿率达到97.5%，对大肠杆菌的抗菌率达到29.9%，对金色葡萄球菌的抗菌率达到44.3%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。