一种基于氧化石墨烯分离膜的反渗透海水淡化装置及其淡化方法

1.本发明属于分离膜水处理领域，尤其是一种基于氧化石墨烯分离膜的反渗透海水淡化装置及其淡化方法。


背景技术：

2.分离膜在膜辅助水处理工艺中起着关键作用，决定了技术的经济效益。分离膜技术目前被认为是最主要的膜辅助脱盐技术和方法，由于其有效的脱盐效率和合理的能源消耗，正在不断取得重大进展。反渗透因其投资成本和产水能耗低的优势，代表未来淡化技术的主流发展方向，而其技术进步依赖于膜分离技术的发展。开发出具有高比表面积、高渗透率、高选择性、高化学稳定性、良好的抗污性能且成本低廉、可大面积制备的分离膜必将带来巨大的经济效益，意义深远。
3.氧化石墨烯分离膜水渗透率高、离子排斥率高，但很难大面积化，并且不易卷曲，因此需要反渗透海水淡化装置来实现大规模的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服因氧化石墨烯膜不易卷曲不适用于现有的反渗透海水淡化装置的缺点，提供一种基于氧化石墨烯分离膜的反渗透海水淡化装置及其淡化方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种基于氧化石墨烯分离膜的反渗透海水淡化装置，包括外管、内管和位于外管两端的端盖；
7.内管的外部呈多棱柱状，内管上设有若干个与内部相连通的渗透小孔，内管外围设有氧化石墨烯分离膜；
8.一个端盖上设有进水口，进水口对应内管与外管之间的空间设置，另一个端盖上设有净水出水口和废水出水口，净水出水口对应内管设置，废水出水口对应内管与外管之间的空间设置。
9.进一步的，所述氧化石墨烯分离膜由以下制备方法制备得到：
10.利用氧化石墨烯分散液为原料，以聚碳酸酯膜为基底滤膜，采用真空抽滤法制备得到go
‑
pcte复合薄膜，作为氧化石墨烯分离膜。
11.进一步的，氧化石墨烯分离膜的厚度为8
‑
14μm。
12.进一步的，端盖与外管之间利用螺纹连接。
13.进一步的，端盖与外管之间使用橡胶密封。
14.进一步的，内管内部流道的横截面为圆形。
15.本发明的反渗透海水淡化装置的淡化方法：
16.当进料液从端盖的进水口流入时，一部分进料液沿与内管平行方向由氧化石墨烯分离膜表面流过，从废水出水口流出，形成截留浓缩液；
17.而一部分进料液由内管外围透过氧化石墨烯分离膜的流入内管，经净水出水口流出。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明的基于氧化石墨烯分离膜的反渗透海水淡化装置及其淡化方法，内管采用外方结构，氧化石墨烯分离膜膜安装时不需要弯曲而能够直接平铺在外表面，避免了膜弯曲引起机械强度下降和膜结构破坏，可保证反渗透膜的承压能力和使用寿命；同时，内管上布置的渗透小孔4数量多，使单位体积内可渗透的膜面积增加，保证该装置的高产水量。
20.进一步的，go
‑
pcte复合薄膜，厚度为8
‑
14μm，由于膜厚度大幅降低，其渗透率相应增加，最大可以比商用膜高3
‑
5个数量级，可使装置总能耗和膜组件总数量大大降低，节约初投资和运行成本，经济效益显著。
附图说明
21.图1为本发明的海水淡化装置的结构示意图；
22.图2为本发明的剖视图的结构示意图；
23.图3为本发明的海水淡化装置的工作系统示意图。
24.其中：1
‑
外管；2
‑
内管；3
‑
端盖；4
‑
渗透小孔；5
‑
进水口；6
‑
净水出水口；7
‑
废水出水口。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
26.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.本发明将最新研制但还处于实验室测试阶段的氧化石墨烯分离膜应用于小型海水淡化装置，推进氧化石墨烯薄膜在海水淡化领域的实际应用。氧化石墨烯分离膜水渗透率高、离子排斥率高，但很难大面积化，并且不易卷曲，因此需要专门的反渗透海水淡化装置来实现大规模的应用。发明的主要目的是设计一种基于氧化石墨烯薄膜分离膜的反渗透海水淡化装置，基于卷式膜组件的原理来设计反渗透海水淡化装置的，通过高压泵将海水加压后进行反渗透处理。发明创新点在于制备的反渗透膜和自主设计的装置结构；反渗透膜是基于氧化石墨烯的氧化石墨烯薄膜或多孔氧化石墨烯薄膜；膜组件采用卷式型式，结构紧凑，内管外方内圆，避免了膜的弯曲，且支撑孔数量多，产水量大，回收率高。本发明对
于发展高效紧凑的海水淡化反渗透技术具有重要的促进作用。
28.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
29.参见图1，图1为基于氧化石墨烯分离膜的反渗透海水淡化装置的结构示意图，包括外管1、内管2和位于外管1两端的端盖3，内管2外方内圆，内管2上设有氧化石墨烯分离膜，内管2周向设有若干个与内部相连通的渗透小孔4；一个端盖3上设有进水口5，进水口5对应内管2与外管1之间的空间设置，另一个端盖3上设有净水出水口6和废水出水口7，净水出水口6对应内管2设置，废水出水口7对应内管2与外管1之间的空间设置；端盖3与外管1以螺纹连接，使用橡胶密封。
30.内管2采用外方内圆结构，如图2所示，膜安装时不需要弯曲而直接平铺在外表面，避免了膜弯曲引起机械强度下降和膜结构破坏，可保证反渗透膜的承压能力和使用寿命；同时，内管2上布置的渗透小孔4数量多，使单位体积内可渗透的膜面积增加，保证该装置的高产水量。
31.核心部件反渗透膜采用真空抽滤法，使用浓度梯度变化的go分散液，以聚碳酸酯膜(pcte)作为基底滤膜，制备了不同厚度的go
‑
pcte复合薄膜，厚度介于8
‑
14μm。由于膜厚度大幅降低，其渗透率相应增加，最大可以比商用膜高3
‑
5个数量级，可使装置总能耗和膜组件总数量大大降低，节约初投资和运行成本，经济效益显著。
32.使用时，先将裁剪合适的氧化石墨烯分离膜充分润湿后固定于带孔的方形内管2外壁上，然后将内管2与外管1通过螺纹连接，使用橡胶圈密封。
33.参见图3，图3为卷式海水淡化装置的工作系统示意图，利用高压泵加压的进料液从第一端盖3的进水口5流入，一部分进料液沿与内管2平行方向从膜表面横掠流过，从废水出水口7流出，形成截留浓缩液；而一部分进料液从内管2四周透过膜的淡水流入内管2，经净水出水口6流出。该组件结构紧凑，便于实现装置小型化、集成化，制造成本和能耗低。
34.在使用中，需要注意反渗透氧化石墨烯膜的情况。在膜状态良好的情况下，装置能够正常运作，当膜因压力和流速产生损坏时，需要及时切断供液，排净装置内的液体，分离内外管1，清除破损的膜，更换新膜。
35.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。