本发明涉及膜分离技术领域，具体说是一种用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置。尤指用于一价离子和二价离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置。
背景技术：
电渗析是一种利用直流电场和选择性离子交换膜达到将电解质组分从溶液中分离的电化学分离过程，目前已被广泛应用于脱盐、海水浓缩制盐、废水处理、食品、制药和生物化工等领域。
随着电渗析应用领域的扩大与化工过程的需求提高，尤其是针对含一价离子和二价离子的混合溶液的分质浓缩，如制碱、电镀工业废酸回收和盐湖提锂等，传统电渗析已经很难满足需求。尽管许多学者研究制备出了单价离子交换膜以应对，但是已有的单价离子交换膜成本高昂，性能不稳定，存在离子通量与选择透过性不可同时兼顾的突出问题，此外还存在只能够分离浓缩一价离子的局限性，无法实现二价离子的浓缩与原溶液的脱盐。
纳滤膜的孔径范围在5纳米以内，对二价离子有较高的截留率，基于这一特性，纳滤膜可实现一价离子与二价离子的选择性分离。但是纳滤过程能耗较高，浓差极化现象严重，且无法对溶液进行浓缩。
中国专利201510030196.3涉及一种电场驱动的电纳滤装置，可以有效的将一价离子和多价离子分离，但是不具备浓缩功能，也无法实现原溶液的脱盐。
中国专利201610038282.3和201510480899.6涉及废水中一价氯离子和二价硫酸根离子的选择性分离，但这一过程是通过独立的纳滤单元实现这一过程，工艺流程繁琐复杂。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置，基于纳滤膜可以实现一价离子与二价离子的选择性分离，电渗析技术可以实现电解质的浓缩，首次提出将纳滤膜置于电渗析膜堆中，可同时实现一价离子和二价离子的选择性分离、浓缩和原溶液的脱盐。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置，包括：第一极室1、第二极室5，所述第一极室1内固定有第一极板6，所述第二极室5内固定有第二极板7；
在第一极室1和第二极室5之间设有至少一组分质浓缩单元；
每组所述分质浓缩单元包括依次排列的如下三个隔室：脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4；
在第一极室1和分质浓缩单元之间通过第一ⅰ型离子交换膜8间隔；
在第二极室5和分质浓缩单元之间通过第二ⅰ型离子交换膜13间隔。
在上述用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置中，脱盐室2和相邻的第一浓缩室3之间通过ⅱ型离子交换膜10间隔，
第一浓缩室3和相邻的第二浓缩室4之间通过纳滤膜11间隔。
在上述用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置中，当设有两组以上分质浓缩单元时，相邻两组分质浓缩单元间通过ⅰ型离子交换膜(如第三ⅰ型离子交换膜9或12)间隔。
在上述用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置中，第一极室1设有第一极室进口16、第一极室出口15；
第二极室5设有第二极室进口14、第二极室出口23；
第一极室进口16、第二极室进口14、第一极室出口15和第二极室出口23分别通过管路连接于极水储罐的内部；
和/或，脱盐室2设有脱盐室进口18和脱盐室出口17，
脱盐室进口18和脱盐室出口17通过管路连接于淡水储罐的内部；
和/或，第一浓缩室3设有第一浓缩室进口20和第一浓缩室出口19，
第一浓缩室进口20和第一浓缩室出口19分别通过管路连接于浓水储罐a的内部；
和/或，第二浓缩室4设有第二浓缩室进口22和第二浓缩室出口21，
第二浓缩室进口22和第二浓缩室出口21分别通过管路连接于浓水储罐b的内部。
在上述用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置中，第一极室进口16和第二极室进口14与极水储罐之间的管路上依次设有流量计、阀门和离心泵；
和/或，脱盐室进口18与淡水储罐之间的管路上依次设有流量计、阀门和离心泵；
和/或，第一浓缩室进口20与浓水储罐a之间的管路上依次设有流量计、阀门和离心泵；
和/或，第二浓缩室进口22与浓水储罐b之间的管路上依次设有流量计、阀门和离心泵；
和/或，所述管路的材质为pvc(聚氯乙烯)。
在上述用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置中，所述第一极板6和第二极板7分别通过导线与外接直流电源导通；
和/或，在隔室：脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4内均置有隔板，用于增加隔室内液体的湍动程度，强化传质过程。
在上述用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置中，所述第一极板6和第二极板7均采用钛涂钌电极；
和/或，所述隔板为橡胶材质，中间嵌有聚丙烯网格，中空部分面积为425—500cm2，隔板厚度为0.1—1.2cm。
在上述用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置中，若分离对象为一价阳离子和二价阳离子，则第一极室1为阳极室，第一极板6为阳极板，第二极室5为阴极室，第二极板7为阴极板，ⅰ型离子交换膜为阴离子交换膜，ⅱ型离子交换膜为阳离子交换膜；
若分离对象为一价阴离子和二价阴离子，则第一极室1为阴极室，第一极板6为阴极板，第二极室5为阳极室，第二极板7为阳极板，ⅰ型离子交换膜为阳离子交换膜，ⅱ型离子交换膜为阴离子交换膜。
本发明保护上述任一所述的用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置在如下1)—3)中的至少一种应用：
1)对溶液中的离子进行选择性分离；
2)对溶液中的离子进行选择性浓缩；
3)对溶液进行脱盐；
所述离子为一价阳离子和二价阳离子，或一价阴离子和二价阴离子。
在上述应用中，
第一极室1和第二极室5的流量为150—200l/h；
和/或，脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4的流量为300—350l/h；
和/或，外接直流电源的电流密度为25—30ma/cm2。
本发明所述的用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置，针对目前化工行业对于一价离子和二价离子分质浓缩的需求，将纳滤膜与传统电渗析技术相结合，提出了一种新型电渗析分质浓缩装置，可同时达到一价离子和二价离子选择性分离、浓缩和原溶液脱盐的目的，而且提高了离子交换膜的稳定性，解决了传统单价离子交换膜无法浓缩二价离子和离子通量与选择性透过性不可兼得的问题。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述的用于离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置，尤指用于一价离子和二价离子分质浓缩，包括：
第一极室1、第二极室5，所述第一极室1内固定有第一极板6，所述第二极室5内固定有第二极板7；
在第一极室1和第二极室5之间设有至少一组分质浓缩单元；
所述分质浓缩单元由依次排列的脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4构成，且各个隔室(脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4)内均置有隔板；
在第一极室1和分质浓缩单元之间通过第一ⅰ型离子交换膜8间隔；
在第二极室5和分质浓缩单元之间通过第二ⅰ型离子交换膜13间隔。
在上述技术方案的基础上，当设有两组以上分质浓缩单元时，相邻两组分质浓缩单元间通过ⅰ型离子交换膜(如第三ⅰ型离子交换膜9或12)间隔。
在上述技术方案的基础上，脱盐室2和相邻的第一浓缩室3之间通过ⅱ型离子交换膜10间隔，
第一浓缩室3和相邻的第二浓缩室4之间通过纳滤膜11间隔。
在上述技术方案的基础上，第一极室1设有第一极室进口16、第一极室出口15；
第二极室5设有第二极室进口14、第二极室出口23；
第一极室进口16、第二极室进口14、第一极室出口15和第二极室出口23分别通过pvc(聚氯乙烯)管路连接于极水储罐的内部。
在上述方案的基础上，第一极室进口16和第二极室进口14与极水储罐之间的pvc管路上依次设有流量计、阀门和离心泵，
所述流量计和阀门用于调节控制第一极室1和第二极室5内的极水流量。
在上述方案的基础上，脱盐室2设有脱盐室进口18和脱盐室出口17，
脱盐室进口18和脱盐室出口17通过pvc管路连接于淡水储罐的内部。
在上述方案的基础上，脱盐室进口18与淡水储罐之间的pvc管路上依次设有流量计、阀门和离心泵，
所述流量计和阀门用于调节脱盐室2内的溶液流量。
在上述方案的基础上，第一浓缩室3设有第一浓缩室进口20和第一浓缩室出口19，
第一浓缩室进口20和第一浓缩室出口19分别通过pvc管路连接于浓水储罐a的内部。
在上述方案的基础上，第一浓缩室进口20与浓水储罐a之间的pvc管路上依次设有流量计、阀门和离心泵，
所述流量计和阀门用于调节第一浓缩室3内的溶液流量。
在上述方案的基础上，第二浓缩室4设有第二浓缩室进口22和第二浓缩室出口21，
第二浓缩室进口22和第二浓缩室出口21分别通过pvc管路连接于浓水储罐b的内部。
在上述方案的基础上，第二浓缩室进口22与浓水储罐b之间的pvc管路上依次设有流量计、阀门和离心泵，
所述流量计和阀门用于调节第二浓缩室4内的溶液流量。
在上述方案的基础上，所述第一极板6和第二极板7分别通过导线与外接直流电源导通。
在上述方案的基础上，所述第一极板6和第二极板7均采用钛涂钌电极。
在上述方案的基础上，
若分离对象为一/二价阳离子，则第一极室1为阳极室，第一极板6为阳极板，第二极室5为阴极室，第二极板7为阴极板，ⅰ型离子交换膜为阴离子交换膜，ⅱ型离子交换膜为阳离子交换膜；
将氯化钠和氯化镁混合溶液加入脱盐室2和第一浓缩室3，将氯化钠溶液加入第二浓缩室4，接通电源后，脱盐室中的na+和mg2+向阴极方向移动，穿过阳离子交换膜10进入浓缩室。由于纳滤膜11的孔径筛分作用，na+和mg2+在浓缩室中移动时，mg2+被阻隔在第一浓缩室3中，na+则能穿过纳滤膜11进入第二浓缩室4；而相邻分质浓缩单元的脱盐室中的cl-在电场作用下向阳极方向移动，穿过阴离子交换膜9或12进入第二浓缩室4。整个过程实现了nacl与mgcl2的选择性分离、浓缩和原溶液的脱盐；
若分离对象为一/二价阴离子，则第一极室1为阴极室，第一极板6为阴极板，第二极室5为阳极室，第二极板7为阳极板，ⅰ型离子交换膜为阳离子交换膜，ⅱ型离子交换膜为阴离子交换膜；
将氯化钠和硫酸钠混合溶液加入脱盐室2和第一浓缩室3，将氯化钠溶液加入第二浓缩室4，接通电源后，脱盐室2中的cl-和so42-向阳极方向移动，穿过阴离子交换膜10进入浓缩室。由于纳滤膜11的孔径筛分作用，cl-和so42-在浓缩室中移动时，so42-被阻隔在第一浓缩室3，cl-则能穿过纳滤膜11进入第二浓缩室4；而相邻分质浓缩单元的脱盐室中的na+在电场作用下向阴极方向移动，穿过阳离子交换膜9或12进入第二浓缩室4。整个过程实现了nacl与na2so4的选择性分离、浓缩和原溶液的脱盐。
本发明的有益效果是：
1、本发明将纳滤膜和离子交换膜组合使用，能够实现一价离子和二价离子的选择性分离，填补了目前单价离子交换膜的技术空缺，为纳滤膜与电渗析器的工业应用提供了新的形式和途径；
2、本发明提出的一种离子分质浓缩的电渗析分质浓缩装置，在实现一价离子和二价离子选择性分离的同时实现了二价离子的浓缩，解决了单价离子交换膜只能分离浓缩一价离子的局限性，同时极大地简化了工艺流程，降低了设备投资；
3、由于纳滤膜自身的多孔支撑结构，一价离子在纳滤膜中的迁移阻力非常小，并不会大幅增加电渗析器的能耗，相对于其它分离手段与工艺流程，运行成本大大降低；
4、本发明因其特殊的结构组成，大大降低了离子交换膜表面二价反离子的浓度，从而降低了离子交换膜表面结垢的风险与速度，提高了电渗析器的运行稳定性。
下面的实施例分别以氯化钠和氯化镁混合溶液、氯化钠和硫酸钠混合溶液的分质浓缩为例对本发明作进一步详细说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1设有一组分质浓缩单元的本发明装置及其在分离氯化钠和氯化镁混合溶液中的应用
一、电渗析分质浓缩装置
本实施例的电渗析分质浓缩装置包括：
第一极室1、第二极室5，所述第一极室1内固定有第一极板6，所述第二极室5内固定有第二极板7；
在第一极室1和第二极室5之间设有一组分质浓缩单元；
所述分质浓缩单元由依次排列的脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4构成，且各个隔室(脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4)内均置有隔板；
在第一极室1和分质浓缩单元之间通过第一ⅰ型离子交换膜8间隔；
在第二极室5和分质浓缩单元之间通过第二ⅰ型离子交换膜13间隔；
脱盐室2和相邻的第一浓缩室3之间通过ⅱ型离子交换膜10间隔，
第一浓缩室3和相邻的第二浓缩室4之间通过纳滤膜11间隔；
第一极室1设有第一极室进口16、第一极室出口15；
第二极室5设有第二极室进口14、第二极室出口23；
第一极室进口16、第二极室进口14、第一极室出口15和第二极室出口23分别通过pvc(聚氯乙烯)管路连接于极水储罐的内部。
第一极室进口16和第二极室进口14与极水储罐之间的pvc管路上依次设有流量计、阀门和离心泵，
所述流量计和阀门用于调节控制第一极室1和第二极室5内的极水流量；
脱盐室2设有脱盐室进口18和脱盐室出口17，
脱盐室进口18和脱盐室出口17通过pvc管路连接于淡水储罐的内部；
脱盐室进口18与淡水储罐之间的pvc管路上依次设有流量计、阀门和离心泵，
所述流量计和阀门用于调节脱盐室2内的溶液流量；
第一浓缩室3设有第一浓缩室进口20和第一浓缩室出口19，
第一浓缩室进口20和第一浓缩室出口19分别通过pvc管路连接于浓水储罐a的内部；
第一浓缩室进口20与浓水储罐a之间的pvc管路上依次设有流量计、阀门和离心泵，
所述流量计和阀门用于调节第一浓缩室3内的溶液流量；
第二浓缩室4设有第二浓缩室进口22和第二浓缩室出口21，
第二浓缩室进口22和第二浓缩室出口21分别通过pvc管路连接于浓水储罐b的内部；
第二浓缩室进口22与浓水储罐b之间的pvc管路上依次设有流量计、阀门和离心泵，
所述流量计和阀门用于调节第二浓缩室4内的溶液流量；
所述第一极板6和第二极板7分别通过导线与外接直流电源导通。
所述第一极板6和第二极板7均采用钛涂钌电极。
本实施例中，第一极室1为阳极室，第一极板6为阳极板，第二极室5为阴极室，第二极板7为阴极板，ⅰ型离子交换膜8和13为阴离子交换膜，ⅱ型离子交换膜10为阳离子交换膜。
本实施例所用隔板为橡胶材质，中间嵌有聚丙烯网格，用于增加隔室内液体的湍动程度，强化传质过程，中空部分面积为500cm2，隔板厚度为1.2cm。
二、用于分离氯化钠和氯化镁混合溶液
按如下方法测试本实施例电渗析分质浓缩装置用于分离氯化钠和氯化镁混合溶液的效果：
配置各隔室溶液：极水储罐中装入1.2l浓度为0.15mol/l的nacl溶液，在淡水储罐中装入2l浓度为3mol/l的nacl溶液和2l浓度为1.5mol/l的mgcl2溶液，在浓水储罐a中装入4l浓度为0.5mol/l的mgcl2溶液，在浓水储罐b中装入4l浓度为1mol/l的nacl溶液。
打开各个管路上的离心泵，通过阀门调节各个隔室的流量(第一极室1和第二极室5为150l/h，脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4均为300l/h)，接通外接直流电源(电流密度为25ma/cm2)，使电渗析分质浓缩装置开始运行，运行时间为25min。
结果：运行结束后，浓水储罐a中溶液组成为nacl0.07mol/l、mgcl21.17mol/l，浓水储罐b中溶液组成为nacl2.36mol/l、mgcl20.03mol/l，淡水储罐中nacl和mgcl2浓度均降至0.10mol/l以下。实验结果表明：本实施例的新型电渗析分质浓缩装置能够实现一价阳离子和二价阳离子的分质浓缩和原溶液的脱盐，且效果较好。
实施例2设有一组分质浓缩单元的本发明装置及在分质浓缩氯化钠和硫酸钠混合溶液中的应用
一、电渗析分质浓缩装置
本实施例的电渗析分质浓缩装置与实施例1中的“一”仅在以下地方存在不同：第一极室1为阴极室，第一极板6为阴极板，第二极室5为阳极室，第二极板7为阳极板，ⅰ型离子交换膜8和13为阳离子交换膜，ⅱ型离子交换膜10为阴离子交换膜。本实施例所用隔板为橡胶材质，中间嵌有聚丙烯网格，用于增加隔室内液体的湍动程度，强化传质过程，中空部分面积为500cm2，隔板厚度为1.2cm。
二、用于分离氯化钠和硫酸钠混合溶液
按如下方法测试本实施例电渗析分质浓缩装置用于分离氯化钠和硫酸钠混合溶液的效果：
配置各隔室溶液：极水储罐中装入1.2l浓度为0.2mol/l的nacl溶液，在淡水储罐中装入2l浓度为3mol/l的nacl溶液和2l浓度为1.5mol/l的na2so4溶液，在浓水储罐a中装入4l浓度为0.5mol/l的na2so4溶液，在浓水储罐b中装入4l浓度为1mol/l的nacl溶液。
打开各个管路上的离心泵，通过阀门调节各个隔室的流量(第一极室1和第二极室5为150l/h，脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4均为300l/h)，接通外接直流电源(电流密度为25ma/cm2)，使电渗析分质浓缩装置开始运行，运行时间为27min。
结果：运行结束后，浓水储罐a中溶液组成为nacl0.05mol/l、na2so41.19mol/l，浓水储罐b中溶液组成为nacl2.35mol/l、na2so40.04mol/l，淡水储罐中nacl和na2so4浓度均降至0.10mol/l以下。实验结果表明：本实施例的新型电渗析分质浓缩装置能够实现一价阴离子和二价阴离子的分质浓缩和原溶液的脱盐，且效果较好。
实施例3设有多组分质浓缩单元的本发明装置及其在分质浓缩氯化钠和氯化镁混合溶液中的应用
一、电渗析分质浓缩装置
本实施例的电渗析分质浓缩装置与实施例1中的“一”仅在以下地方存在不同：
第一极室1和第二极室5之间设有20组重复的分质浓缩单元。每组分质浓缩单元包含三个隔室，依次是脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4。第一极室1、第二极室5和分质浓缩单元之间通过第一ⅰ型离子交换膜8和第二ⅰ型离子交换膜13间隔，相邻两组的分质浓缩单元之间通过第三ⅰ型离子交换膜9或12间隔。
本实施例的电渗析分质浓缩装置内第一极室1为阳极室，第一极板6为阳极板，第二极室5为阴极室，第二极板7为阴极板，ⅰ型离子交换膜8、9、12和13为阴离子交换膜，ⅱ型离子交换膜10为阳离子交换膜。
本实施例所用隔板为橡胶材质，中间嵌有聚丙烯网格，用于增加隔室内液体的湍动程度，强化传质过程，中空部分面积为425cm2，隔板厚度为0.1cm。
二、用于分离氯化钠和氯化镁混合溶液
按如下方法测试本实施例电渗析分质浓缩装置用于分离氯化钠和氯化镁混合溶液的效果：
配置各储罐溶液：极水储罐中装入5l浓度为0.17mol/l的nacl溶液，在淡水储罐中装入15l浓度为3.4mol/l的nacl溶液和15l浓度为1.7mol/l的mgcl2溶液，在浓水储罐a中装入30l浓度为0.25mol/l的mgcl2溶液，在浓水储罐b中装入30l浓度为0.5mol/l的nacl溶液。
打开各个管路上的离心泵，通过阀门调节各个隔室的流量(第一极室1和第二极室5为200l/h，脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4均为350l/h)，接通外接直流电源(电流密度为30ma/cm2)，使电渗析分质浓缩装置开始运行，运行时间为90min。
结果：运行结束后，浓水储罐a中溶液组成为nacl0.06mol/l、mgcl20.97mol/l，浓水储罐b中溶液组成为nacl1.95mol/l、mgcl20.03mol/l，淡水储罐中nacl和mgcl2浓度均降至0.12mol/l以下。实验结果表明，本实施例的新型电渗析分质浓缩装置能够实现一价阳离子和二价阳离子分质浓缩和原溶液的脱盐，且效果较好。
实施例4设有多组分质浓缩单元的本发明装置及在分质浓缩氯化钠和硫酸钠混合溶液中的应用
一、电渗析分质浓缩装置
本实施例的电渗析分质浓缩装置与实施例3中的“一”仅在以下地方存在不同：
本实施例的电渗析分质浓缩装置内第一极室1为阴极室，第一极板6为阴极板，第二极室5为阳极室，第二极板7为阳极板，ⅰ型离子交换膜8、9、12和13为阳离子交换膜，ⅱ型离子交换膜10为阴离子交换膜。
本实施例所用隔板为橡胶材质，中间嵌有聚丙烯网格，用于增加隔室内液体的湍动程度，强化传质过程，中空部分面积为425cm2，隔板厚度为0.1cm。
二、用于分离氯化钠和硫酸钠混合溶液
按如下方法测试本实施例电渗析分质浓缩装置用于分离氯化钠和硫酸钠混合溶液的效果：
配置各储罐溶液：极水储罐中装入5l浓度为0.17mol/l的nacl溶液，在淡水储罐中装入15l浓度为3.4mol/l的nacl溶液和15l浓度为1.7mol/l的na2so4溶液，在浓水储罐a中装入30l浓度为0.3mol/l的na2so4溶液，在浓水储罐b中装入30l浓度0.5mol/l的nacl溶液。
打开各个管路上的离心泵，通过阀门调节各个隔室的流量(第一极室1和第二极室5为200l/h，脱盐室2、第一浓缩室3和第二浓缩室4均为350l/h)，接通外接直流电源(电流密度为30ma/cm2)，使电渗析分质浓缩装置开始运行，运行时间为95min。
结果：运行结束后，浓水储罐a中溶液组成为nacl0.04mol/l、na2so40.98mol/l，浓水储罐b中溶液组成为nacl2.00mol/l、na2so40.05mol/l，淡水储罐中nacl和na2so4浓度均降至0.15mol/l以下。实验结果表明：本实施例的新型电渗析分质浓缩装置能够实现一价阴离子和二价阴离子的分质浓缩和原溶液的脱盐，且效果较好。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。