专利名称：生物离子快导体膜电渗析治理污水新技术的制作方法
保护环境，充分利用水资源是人类的共同心声，科学家们历经艰辛的研究、探索寻找一种既先进、效率高的废水综合治理回收利用的好途径，最终认为行之有效的方法，应首选离子交换膜电渗析法。
然而，时至今日，由于膜的制作工艺和材料存在的缺陷，即膜在污水治理应用过程中，因水中悬浮物等杂质多，容易使膜堵塞，例如造纸黑液除了悬浮物等杂质堵膜外，还有更为头痛的是硅在阳极室中与H+结合后形成不溶性硅酸盐类沉积于膜表面。由于膜的堵塞使膜的离子交换量随时间不断下降，同时造成膜电阻升高。电流效率下降，电耗增大。这就是传统的和近代出现的新离子交换膜电渗析法无法适用于污水治理的原因之一。
另外，由于在电渗析过程中，阴极室不断产生氢气，从而产生大量的气泡，附着于膜表面也导致膜的离子交换量下降，电阻增大，电流效率下降，电耗增大，这是不能适应污水治理原因之二。
综合目前以出现的离子交换膜电渗析装置在污水治理中存在不能适应高浓度废水治理的缺陷归纳如下一、要求进水水质含污染杂质少的要求太高。
二、阴阳电极间极距大，液体在槽极室流动性极差，膜易受污染。
三、目前出现的最先进的离子交换膜对氢气产生的气泡虽有膜表面粗糙法对膜表面进行处理后，气泡效应有所改善，但因膜表面粗糙层易被废水污染物堵塞，随时间的延长，该改善效应随之失去。
四、由于阳极多为金属电蚀消耗太大，使用寿命短，运行成本占电渗析的70％，造成运行成本高。
本发明技术与现有国内外先进技术相比较具有如下特点一、本发明技术是由一种生物离子快导体膜及高特耐蚀强静电场膜电极，组成的高节能净化型污水治理电渗析装置，该装置的膜是利用一种特殊制作有生物菌体天然阳离子和阴离子相应的缺陷性通道聚合材料，该通道排布均匀，弯曲少，通道间隔致密性好，非通道渗漏性低，不同于一般纯有机物膜经人为溶胀性完全弯曲交错的离子通道，而本发明技术的生物离子快导体膜的离子通道几乎是直线通道，使离子的迁移速度快，阻力小，因此膜不易被污染和堵塞。
二、本发明的生物离子快导体阳离子交换膜，在聚合成膜过程中，因导入了阳离子快导体磺化菌体，除能有效阻挡阴离子通过膜，只允许阳离子迁移通过膜的特性外，在制作过程中利用菌体某一成份溶于强碱性溶液的特性，处理时使该附着于膜浅表层成份溶解，形成排布均匀，厚薄一致的极浅网络状结构面，在电渗析时因电流作用产生表浅紊流，使阴极产生的氢气泡无法附着膜表面，因此本发明的膜无氢气泡效应，因此电阻小于一般电渗析膜，电流效率高于一般电渗析膜，其耗电量仅一般电渗析膜的60-70％，所以膜离子迁移量高于一般的电渗析膜。
三、由于本发明的膜有特制的生物体存在，其静电场效应比一般电渗析装置高20-30％，因此离子迁移速度快，所以称为生物离子快导体膜。其极距为零极距(或极小极距0.3mm-1.0mm)，而一般用于高浓度废水治理的电渗析极距最小的为18cm-20cm，而本发明的生物离子快导体膜电渗析装置其极距是零，极室液体紊流流动性好，所以污染物不易沉积堵膜。
四、本发明的生物离子快导体电渗析专用阳极(或阴极)是一种导入了特制强静电场菌体制成非金属体的导电膜，因此不存在电蚀性电极消耗。
因电极属非金属性，没有金属性电蚀物驳落，也无重金属极水产生，从环境保护角度看，是属于一种高净化节能型污水治理先进电渗析装置。
综合本发明技术的先进优点在于一、高抗污染性，高净化性。
二、高效节能性和高化学稳定性。
三、适应性广，可用于造纸黑液、高硫酸根、高盐等高浓度废水治理综合回收利用，氯碱工业(或硫酸钠制碱工艺)、海水淡化、纯净水的制备等。
本发明的主要目的是通过如下技术实现的一种生物快离子导体膜电渗析治理污水技术一、生物离子快导体膜的制作技术。
(一)生物离子快导体膜阳膜的制作技术。
1、膜增强体涤纶网布2、主体料名称及用量特制磺化菌快离子导体粉末(600目)60份；苯乙烯5份；聚四氟乙烯15份；二乙烯基苯6份；甲基乙烯酮2份；偶氮二异丁腈0.5份；掺杂剂1.5份3、辅助料名称及用量磺化剂30份 氯化剂70份硫酸水溶液适量。
4、工艺(1)在带有冷凝器及搅拌器的反应器中，按配比量加入磺化菌快离子导体粉末、苯乙烯、二乙烯基苯，甲基乙烯酮及偶氮二异丁腈，在不断搅拌下慢慢加热至60-65℃，反应1小时，生成粘稠状物质。
(2)将冷却后除气泡的粘稠反应物，慢慢倒在成膜模板上，然后将两块模板叠放平整，制成厚为0.2mm的膜，再于60℃左右加热聚合4小时。
(3)除去成膜模板，再在60-70℃下加热2-3小时，即制成无色透明的柔软基膜。
(4)在干燥防潮的条件下，将制得的基膜放在盛有氯化剂与磺化剂混合溶液中浸渍20小时左右，再依次用不同浓度的硫酸水溶液洗涤，使氯磺基转化为磺酸基。最后用水洗涤。
(5)用羧酰基溶液与快离子导体菌体粉混合后涂布于膜的一面，使磺酸基转为羧酰氯基，再用正丁醇浸渍，同时吹入空气，并加热进行氯化处理，使羧酰氯基转为羧酸基，经处理后的膜即为生物离子快导体膜既有磺酸基，又有羧酸结合的膜，再经充分水洗后，在室温干燥至恒重。
(6)将平均颗粒为5um的平络菌体混合物用水调成糊状，将此糊状物涂布在滤纸上，干燥后，在纸表面形成平络菌体层。然后将上述膜两面与这种涂布有平络菌体层滤纸一起加热(160℃、2.94MPa)的条件下加压，再把膜制品浸在碱性溶液中，使菌体中溶于碱性成份溶解后，在膜表面形成网络状结构，再在甲醇中浸泡(60℃)5小时，取出于25℃空气中干燥48小时，经处理后的膜其表面形成的均匀一致的网络链纹面，能在电渗析时在电解质溶液中，可形成很好的紊流效应，消除因氢气产生的气泡导致膜电阻增大，槽电压上升。并可防止膜的堵塞，从而极大提高了电流效率，降低了电耗。
(二)生物离子快导体阴膜的制作。
1、膜增强体涤纶网布2、主体料名称及用量特制胺化菌快离子导体粉末(600目)60份；苯乙烯15份；聚四氟乙烯15份二乙烯基苯6份； 甲基乙烯酮2份；偶氮二异丁腈0.5份； 掺杂剂1.5份；3、辅助料名称及用量N-甲基呱嗪适量 甲醇适量氯化锂适量 10％NaOH-CH3OH混合溶液适量。
4、工艺将主体料混合后同制阳膜的方法制作成基膜。
(5)将膜用10％NaOH-CH3OH混合水溶液进行皂化(水解)，再在50℃与N-甲基呱嗪甲醇混合液中共热48h，再在甲醇与氯化锂溶液中反应24h，得含季铵盐生物离子快导体阴离子交换膜。
(三)高特耐蚀强静电场膜电极制作技术这种高特耐蚀强静电场膜电极，主要用作电渗析阳极，属非金属型，电渗析工作过程中无电蚀(或极小)，导电率高，又有高特耐蚀性，无电蚀金属驳落性极水污染，且有较强的静电效应，具有高净化、高节能效果。
1、电极材料组成(1)主体材料及用量磺化氟酸混合镍浸出液60份丁酮10份； 氟化锂10份；乙二醇单甲醚15份 碘(I2)2分环氧树脂适量(2)制作工艺将镍浸出液、丁酮、氟化锂、二乙醇单甲醚混合成电解质。
2、以玻璃板作阳极，以镍作阴极。
3、在阳极上涂环氧树脂，待固化后，进行电解聚合成膜。操作条件是在2mA/cm2的电流密度的条件下氧化60min，即在阳极上形成均匀的导电性薄膜，厚度约16um。再根据需要用致孔剂进行致孔。
二、生物离子快导体膜在电渗析器中的安装和使用方法1、以造纸黑液碱(NaOH)回收及其它工业废水回收NaOH为例说明(1)膜及电极的安装①以塑料框为膜及电极的支架，以～40mm宽空间塑料框作为进污水极室(阳极室)，两侧装上高特耐蚀性强静电场膜电极为阳极，生物快离子导体膜(阳膜)装在靠电极内侧塑料框上组成阳极室，膜与电极之间紧贴。
②以～40mm宽空间塑料框作为进自来水回收NaOH阴极室，生物快离子导体膜(阳膜)紧贴塑料框，膜表面紧贴装不锈钢阴极，阳极与阴极距为0.6-1.0mm。根据黑液处理量不同，而制作及相应的电渗析器，组装时阴、阳极室交替排列，阳极室与阴极室以阳膜隔开，框极室之间用槽钢连接，螺丝紧固至不渗漏为准。工作时电流密度为30-40A/bm2单膜，电压3.0-3.25V。温度5-90℃均可。电耗1200KW/NaOHt左右。
2、以高浓度硫酸根及高氨氮废水回收利用为例，不同于造纸黑液的是阳极塑料框两侧面均装上生物离子快导体阴膜，阴极塑料框两侧面均装上生物离子快导体阳膜，电极与膜紧贴，阴极室(框)与阳极室(框)电极间以一导体相连，极距为0.6-1.0mm。组装方式阳极室回收硫酸根SO42-，阴极室回收NH4+(氨)，中间框室为废水室(进废水)，两极室间隔40mm。工作时电流密度为30-40A/bm2，电压3.0-3.25V，温度5-90℃均可。
权利要求
一种生物离子快导体膜电渗析治理污水新技术，其特征在于一、生物离子快导体膜的制作技术。(一)生物离子快导体膜阳膜的制作技术。1、膜增强体涤纶网布2、主体料名称及用量特制磺化菌快离子导体粉末(600目)60份；苯乙烯5份；聚四氟乙烯15份；二乙烯基苯6份；甲基乙烯酮2份；偶氮二异丁腈0.5份；掺杂剂1.5份3、辅助料名称及用量磺化剂30份 氯化剂70份硫酸水溶液适量。4、工艺(1)在带有冷凝器及搅拌器的反应器中，按配比量加入磺化菌快离子导体粉末、苯乙烯、二乙烯基苯，甲基乙烯酮及偶氮二异丁腈，在不断搅拌下慢慢加热至60-65℃，反应1小时，生成粘稠状物质。(2)将冷却后除气泡的粘稠反应物，慢慢倒在成膜模板上，然后将两块模板叠放平整，制成厚为0.2mm的膜，再于60℃左右加热聚合4小时。(3)除去成膜模板，再在60-70℃下加热2-3小时，即制成无色透明的柔软基膜。(4)在干燥防潮的条件下，将制得的基膜放在盛有氯化剂与磺化剂混合溶液中浸渍20小时左右，再依次用不同浓度的硫酸水溶液洗涤，使氯磺基转化为磺酸基。最后用水洗涤。(5)用羧酰基溶液与快离子导体菌体粉混合后涂布于膜的一面，使磺酸基转为羧酰氯基，再用正丁醇浸渍，同时吹入空气，并加热进行氯化处理，使羧酰氯基转为羧酸基，经处理后的膜即为生物离子快导体膜既有磺酸基，又有羧酸结合的膜，再经充分水洗后，在室温干燥至恒重。(6)将平均颗粒为5um的平络菌体混合物用水调成糊状，将此糊状物涂布在滤纸上，干燥后，在纸表面形成平络菌体层。然后将上述膜两面与这种涂布有平络菌体层滤纸一起加热(160℃、2.94MPa)的条件下加压，再把膜制品浸在碱性溶液中，使菌体中溶于碱性成份溶解后，在膜表面形成网络状结构，再在甲醇中浸泡(60℃)5小时，取出于25℃空气中干燥48小时，经处理后的膜其表面形成的均匀一致的网络链纹面，能在电渗析时在电解质溶液中，可形成很好的紊流效应，消除因氢气产生的气泡导致膜电阻增大，槽电压上升。并可防止膜的堵塞，从而极大提高了电流效率，降低了电耗。(二)生物离子快导体阴膜的制作。1、膜增强体涤纶网布2、主体料名称及用量特制胺化菌快离子导体粉末(600目)60份；苯乙烯15份； 聚四氟乙烯15份二乙烯基苯6份；甲基乙烯酮2份；偶氮二异丁腈0.5份；掺杂剂1.5份；3、辅助料名称及用量N-甲基呱嗪适量 甲醇适量氯化锂适量 10％NaOH-CH3OH混合溶液适量。4、工艺将主体料混合后同制阳膜的方法制作成基膜。(5)将膜用10％NaOH-CH3OH混合水溶液进行皂化(水解)，再在50℃与N-甲基呱嗪甲醇混合液中共热48h，再在甲醇与氯化锂溶液中反应24h，得含季铵盐生物离子快导体阴离子交换膜。
二、高特耐蚀强静电场膜电极制作技术这种高特耐蚀强静电场膜电极，主要用作电渗析阳极，属非金属型，电渗析工作过程中元电蚀(或极小)，导电率高，又有高特耐蚀性，无电蚀金属驳落性极水污染，且有较强的静电效应，具有高净化、高节能效果。1、电极材料组成(1)主体材料及用量磺化氟酸混合镍浸出液60份丁酮10份； 氟化锂10份；乙二醇单甲醚15份 碘(I2)2分环氧树脂适量(2)制作工艺将镍浸出液、丁酮、氟化锂、二乙醇单甲醚混合成电解质。2、以玻璃板作阳极，以镍作阴极。3、在阳极上涂环氧树脂，待固化后，进行电解聚合成膜。操作条件是在2mA/cm2的电流密度的条件下氧化60min，即在阳极上形成均匀的导电性薄膜，厚度约16um。再根据需要用致孔剂进行致孔。
三、生物离子快导体膜在电渗析器中的安装和使用方法1、以造纸黑液碱(NaOH)回收及其它工业废水回收NaOH为例说明(1)膜及电极的安装①以塑料框为膜及电极的支架，以～40mm宽空间塑料框作为进污水极室(阳极室)，两侧装上高特耐蚀性强静电场膜电极为阳极，生物快离子导体膜(阳膜)装在靠电极内侧塑料框上组成阳极室，膜与电极之间紧贴。②以～40mm宽空间塑料框作为进自来水回收NaOH阴极室，生物快离子导体膜(阳膜)紧贴塑料框，膜表面紧贴装不锈钢阴极，阳极与阴极距为0.6-1.0mm。根据黑液处理量不同，而制作及相应的电渗析器，组装时阴、阳极室交替排列，阳极室与阴极室以阳膜隔开，框极室之间用槽钢连接，螺丝紧固至不渗漏为准。工作时电流密度为30-40A/bm2单膜，电压3.0-3.25V。温度5-90℃均可。电耗1200KW/NaOHt左右。2、以高浓度硫酸根及高氨氮废水回收利用为例，不同于造纸黑液的是阳极塑料框两侧面均装上生物离子快导体阴膜，阴极塑料框两侧面均装上生物离子快导体阳膜，电极与膜紧贴，阴极室(框)与阳极室(框)电极间以一导体相连，极距为0.6-1.0mm。组装方式阳极室回收硫酸根SO42-，阴极室回收NH4+(氨)，中间框室为废水室(进废水)，两极室间隔40mm。工作时电流密度为30-40A/bm2，电压3.0-3.25V，温度5-90℃均可。
全文摘要
本发明提供了生物离子快导体膜电渗析治理污水新技术。该发明技术是由一种生物离子快导体膜及高特耐蚀强静电场膜电极组成的高节能净化型污水冶理电渗析装置。其特征是膜表面有较好的紊流结构,能消除氢气效应和堵膜等原因导致的电耗大;电极为非金属,无驳落金属性水污染,适用于造纸黑液、制碱工业、海水淡化、纯净水制备等。
文档编号B01D61/50GK1245148SQ9910269
公开日2000年2月23日 申请日期1999年4月17日 优先权日1999年4月17日
发明者许裕金 申请人:许裕金, 陆正禹