一种高效转化电驱动膜装置的制作方法

本发明涉及一种高效转化电驱动膜装置。

背景技术：

双极膜是一种新型离子交换复合膜，它在电场作用下其中间层发生水解离，产生h⁺和oh^-离子。而双极膜电渗析技术可以实现即时酸/碱的生产/再生，或者酸化和/或碱化。

将双极膜电渗析技术应用于传统有机酸或有机碱的生产/再生过程中，不仅可以实现有机酸盐或有机碱盐的转化，而且产生的naoh或hcl可以回用于生成过程中。

在烟道气脱硫、天然气脱硫、甲醇钠制备、hf与hno3的回收、甲磺酸制备、二甲基异丙胺再生、氨基酸制备、医药中间体制备等高端领域具有高应用价值。由于其技术先进性、经济竞争性和环境友好性，双极膜电渗析技术被誉为一种可持续发展技术。

但是，双极膜电渗析技术应用过程转化率不高，而为了增加转化率会大幅增加能耗。目前在医药中间体制备行业，通过双极膜电渗析制备的有机酸或有机碱还是达不到医药生产标准，最后还是需要通过特种树脂提升纯度。比如，季胺酯溴盐通过双极膜电渗析得到的季胺碱中含有0.5％溴盐，需要再通过特种树脂将0.5％溴盐降至0.01％符合医药中间体生产要求。这说明双极膜及膜组件的还具有优化和升级的空间。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种高效转化电驱动膜装置，用于提高双极膜电渗析制备酸碱过程中的转化率，同时降低运行能耗，提高制备酸碱的品质，真正实现清洁生产、高效节能以及零排放。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种高效转化电驱动膜装置，包括：锁紧板、设置在锁紧板之间的多个高效转化电驱动膜单元和分别设置在两侧锁紧板上的阴极和阳极；所述高效转化电驱动膜单元依次包括：弹性隔板、均相膜、弹性填充隔板和双极膜，所述弹性填充隔板的填充腔室内填充氢型强酸阳特种树脂或氢型弱酸阳特种树脂或氢氧型强碱阴特种树脂或氢氧型弱碱阴特种树脂；所述锁紧板两侧上方设置料液进口，所述锁紧板两侧下方相应地设置料液出口；所述锁紧板的另外竖直面的一个面的上方设置极液出口，且相应地，其下方设置极液进口。所述高效转化电驱动膜单元的个数为1～200对。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

优选地，所述弹性填充隔板包括弹性填充隔板框和设置在其两侧的隔网，所述弹性填充隔板框和其两侧的隔网形成填充腔室，所述填充腔室内填充氢型强酸阳特种树脂或氢型弱酸阳特种树脂或氢氧型强碱阴特种树脂或氢氧型弱碱阴特种树脂；所述弹性填充隔板框上部设置上导液孔，且相应地，所述弹性填充隔板框下部设置下导液孔；所述上导液孔下方间隔地设置导流板用于使得部分上导液孔与导流板相连通，且相应地，所述下导液孔上方也间隔地设置导流板用于使得部分下导液孔与导流板相连通，并且设置在上导液孔下方的导流板与设置在下导液孔上方的导流板相对错开布置。料液经上导流孔并经过其下方设置的导流板进入填充腔室，然后再流至下导液孔。

优选地，所述弹性隔板包括弹性隔板框和隔网，所述弹性隔板框上部设置上导液孔，且相应地，所述弹性隔板框下部设置下导液孔；所述上导液孔下方间隔地设置导流板用于使得部分上导液孔与导流板相连通，且相应地，所述下导液孔上方也间隔地设置导流板用于使得部分下导液孔与导流板相连通，并且设置在上导液孔下方的导流板与设置在下导液孔上方的导流板相对错开布置。

优选地，所述弹性填充隔板框或弹性隔板框为超高分子量的聚乙烯或聚丙烯或聚四氟乙烯中的一种或多种共混的材料。

优选地，所述导流板的厚度为0.7mm～1.5mm，且为多孔道排布。

优选地，所述导流板的材质为超高分子量聚乙烯。

优选地，所述上导液孔或下导液孔为圆形或椭圆形或方形。

优选地，所述隔网添加kdf材料并经过亲水性处理，且具有抗菌防止结垢的效果；kdf材料为高纯铜/锌合金等贵金属材料粉末。

优选地，所述隔网为超高分子量的聚乙烯或聚丙烯或聚四氟乙烯中的一种或多种共混的材料

优选地，所述阴极或阳极为钛材料为基材，表面涂有12微米厚度的钌钇层，结构为棒状或板状或网状。

优选地，所述均相膜为耐强碱耐溶剂的阻碱专用阳膜或耐强酸耐溶剂的阻酸专用阴膜。

优选地，所述双极膜的中间催化层采用纳米钛硅材料。

与现有技术中的电驱动膜装置相比，本发明所提供的高效转化电驱动膜装置具有如下有益效果：

(1)本发明所提供的高效转化电驱动膜装置替代树脂传统工艺生产有机弱酸、有机弱碱过程，解决了特种树脂需要浪费大量强酸或强碱药剂再生的问题，并解决了再生过程中废水排放的问题；通过高效转换电驱动膜装置直接得到有机弱酸和强碱或有机弱碱和强酸，无需药剂再生，无废水排放；

(2)本发明所提供的高效转化电驱动膜装置中采用弹性填充隔板内填充特种树脂，是的物料的转化率提高到99％以上，解决了目前双极膜装置的转化率低的问题，间接降低了运行成本；

(3)本发明所提供的高效转化电驱动膜装置提高了双极电渗析制备酸碱或提取贵金属过程中的转化率，同时降低了运行能耗及人工成本；提高了制备酸碱的品质，真正实现了清洁生产、高效节能以及零排放。

附图说明

图1为本发明所提供的高效转化电驱动膜装置的主视图；

图2为本发明所提供的高效转化电驱动膜装置的侧视图；

图3为本发明所提供的高效转化电驱动膜装置的弹性隔板的示意图；

图4为本发明所提供的高效转化电驱动膜装置的弹性填充隔板的示意图；

图5为本发明所提供的高效转化电驱动膜装置的一个原理图；

图6为本发明所提供的高效转化电驱动膜装置的另一个原理图。

具体实施方式

参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。

实施例1

根据图1、图2、图3、图4和图5所示，安装一套高效转化电驱动膜装置，包括：锁紧板1、设置在锁紧板之间的多个高效转化电驱动膜单元和分别设置在两侧锁紧板上的电极2(阴极或阳极)；高效转化电驱动膜单元依次包括：弹性隔板3、均相膜4、弹性填充隔板5和双极膜6，弹性填充隔板5的填充腔室内填充氢氧型强碱阴特种树脂；锁紧板1两侧上方设置料液进口101a，锁紧板1两侧下方相应地设置料液出口101b；所述锁紧板1的另外竖直面的一个面的上方设置极液出口102a，且相应地，其下方设置极液进口102b。高效转化电驱动膜单元的膜组对数为200对，形成碱室、酸室依次排序。在本实施例中，均相膜4为耐强酸耐溶剂的阻酸专用阴膜。弹性填充隔板厚度5mm，填充氢氧型强碱阴特种树脂；双极膜厚度为0.16～0.23mm，膜电阻为1～3ω/cm²；耐强酸耐溶剂的阻酸专用阴膜电阻为0.1～1.5ω/cm²，交联度为80～86％。

弹性填充隔板5包括隔板框7和设置在其两侧的隔网8，隔板框7和其两侧的隔网8形成填充腔室，填充腔室内填充氢氧型强碱阴特种树脂；隔板框7上部设置上导液孔701，且相应地，隔板框7下部设置下导液孔702；上导液孔701下方间隔地设置导流板703用于使得部分上导液孔与导流板相连通，且相应地，下导液孔702上方也间隔地设置导流板703用于使得部分下导液孔与导流板相连通，并且设置在上导液孔下方的导流板与设置在下导液孔上方的导流板相对错开布置。料液经上导流孔701并经过其下方设置的导流板703进入填充腔室，然后再流至下导液孔702。

弹性隔板3包括隔板框7和隔网8，隔板框7上部设置上导液孔701，且相应地，隔板框7下部设置下导液孔702；上导液孔701下方间隔地设置导流板703用于使得部分上导液孔与导流板相连通，且相应地，下导液孔702上方也间隔地设置导流板703用于使得部分下导液孔与导流板相连通，并且设置在上导液孔下方的导流板与设置在下导液孔上方的导流板相对错开布置。

原料为含量为20％wt的季胺酯类溴盐溶液，通入二室高效转化电驱动膜装置，在碱室得到季胺碱，在酸室得到氢溴酸；

12m³/d的处理量，操作压力0.06mpa，运行电压20-250v，电流密度为200a/m²，运行功率32kw，循环运行40min得到季胺酯碱液和氢溴酸溶液，产品含量在99.0％以上，br离子低于0.01％；氢溴酸溶液中氢离子浓度达到0.9mol/l。高效转化电驱动膜装置，转化率由传统的85％提高到99％以上，运行费用降低了65％以上；

实施例2

根据图1、图2、图3、图4和图6所示，安装一套高效转化电驱动膜装置，弹性填充隔板厚度5mm，填充氢型强酸阳特种树脂；双极膜厚度为0.16～0.23mm，膜电阻为1～3ω/cm²；耐强碱耐溶剂的阻碱专用阳膜电阻为3ω/cm²，交联度为80～86％；其他部件的布置方式与实施例1相同。

将1l的酒石酸钠15％溶液通入上述高效转化电驱动膜装置，酸室得到酒石酸，碱室得到氢氧化钠；在恒定电流5a，循环100min，可以使99.9％的钠盐转化为酸，平均电流效率80％，能耗3kwh/kg。比传统双极膜装置转化率高10％，能耗低40％，属于新一代高效转化电驱动膜装置替代传统树脂法制备有机酸碱及传统双极膜装置。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。