本發(fā)明屬于環(huán)境污染控制工程技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及到以一種乳酸配合物作為汲取液應(yīng)用于正滲透過程的研究，特別涉及到海水脫鹽研究。
背景技術(shù)：
正滲透是僅依靠滲透壓驅(qū)動(dòng)的膜分離過程，水分子自發(fā)地通過半透膜從水化學(xué)勢(shì)高的原料液部分滲透到水化學(xué)勢(shì)低的汲取液部分，可用于從污水或海水中提取飲用水。與同樣可用于提取飲用水的反滲透相比，正滲透以滲透壓為驅(qū)動(dòng)力，無需外加壓力，汲水能耗降低；水回收率高；膜污染趨勢(shì)小，系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求低，可簡(jiǎn)化污水預(yù)處理流程。鑒于正滲透技術(shù)所具有的顯著優(yōu)勢(shì)，研究者已經(jīng)開展多角度、深層次的理論研究和實(shí)踐探索，在海水淡化、發(fā)電、工業(yè)廢水處理、藥物緩釋和食品加工等領(lǐng)域有很多成功的嘗試。
雖然，正滲透技術(shù)已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，但其應(yīng)用和發(fā)展仍面臨濃差極化、汲取液反向滲透和汲取液再生復(fù)雜等諸多問題的制約。理想的汲取液應(yīng)具有良好的膜相容性、較高的滲透壓、較低的反向滲透、無毒、能夠方便經(jīng)濟(jì)地與水分離并回收再用等特點(diǎn)。鹽類汲取液滲透壓較高，但需以反滲透技術(shù)實(shí)現(xiàn)再濃縮，能耗較高，且反向擴(kuò)散嚴(yán)重；水合袋中常用糖類汲取液，產(chǎn)水含糖，受眾范圍小。McCutcheon等以一定比例混合銨鹽和二氧化碳產(chǎn)生高滲透壓汲取液，加熱60℃即可完成汲取液再生，但堿性碳酸氫銨影響膜使用壽命，且其反向滲透比氯化鈉等鹽溶液更為嚴(yán)重。磁性納米粒子作為汲取物，因能產(chǎn)生較高滲透壓、無反向滲透和回收簡(jiǎn)便而備受關(guān)注，可納米粒子聚集以及產(chǎn)水中納米粒子殘留仍使該汲取液實(shí)際應(yīng)用受限。水凝膠汲取物能夠完全避免反向滲透現(xiàn)象，但其水通量遠(yuǎn)低于無機(jī)鹽類汲取液。
親水性配合物是以金屬離子作為配為中心，含多個(gè)羧基、羥基或氨基等親水性小分子化合物作為配體完全或部分通過配位鍵組成的一類化合物。該類化合物一般具有較大分子量，能夠有效減小反向鹽滲透。同時(shí)，其中部分親水性配合物能夠在水中電離出大量離子，進(jìn)而產(chǎn)生較大滲透壓，提高水通量。因此，該類親水性配合物可以作為正滲透汲取液且具有較為廣闊的前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種乳酸鐵配合物制備方法及其作為汲取液溶質(zhì)應(yīng)用于正滲透過程中以提高正滲透性能。及其在海水脫鹽過程中應(yīng)用的研究。相較于傳統(tǒng)無機(jī)鹽類汲取液(如，氯化鈉和碳酸氫銨)，以乳酸鐵配合物作為正滲透汲取液，由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能夠在水中電離出大量離子保證了較高的水通量。在相同條件下，乳酸鐵配合物比已知的同類型汲取液EDTA配合物和檸檬酸配合物水通量更高。同時(shí)，其粒徑較大也能有效的減小了反向鹽通量。汲取液再生方法為納濾，相較于無機(jī)鹽類汲取液(如，氯化鈉)，在一定程度上降低了汲取液與水分離過程的能耗。此外，該類汲取液能夠用于海水脫鹽，且具有較高的水通量。
本發(fā)明的技術(shù)方案：
一種以乳酸鐵配合物為汲取液提高正滲透性能的方法，步驟如下：
步驟1：將60wt％乳酸鈉水溶液加入去離子水中，加熱至40～60℃，攪拌至均勻后，再分別滴加Fe2(SO4)3的水溶液和Na2SO4的水溶液，得到混合溶液；繼續(xù)攪拌，溫度升至60～90℃，反應(yīng)4～6h；其中，乳酸鈉、Fe2(SO4)3和Na2SO4三者的摩爾比為4:1:1，F(xiàn)e2(SO4)3在混合溶液中濃度為0.2mol/L；
步驟2：將步驟1反應(yīng)結(jié)束后的反應(yīng)液冷卻至室溫，將反應(yīng)液濃縮至原體積的1/5，得濃縮液；將濃縮液倒入冷乙醇中，析出淺綠色固體，抽濾，再用冷乙醇反復(fù)沖洗，直至濾液無色；將固體取出，用乙醇與水的混合液進(jìn)行重沉淀，得到淺綠色晶體，干燥，得到純化的乳酸鐵配合物；其中，乙醇與水體積比為5:1；
步驟3：將濃度為0.5-2.0mol/L的乳酸鐵配合物水溶液作為正滲透工藝的汲取液，以醋酸纖維素CTA材質(zhì)的非對(duì)稱正滲透膜作為膜層，以去離子水作為原料液，非對(duì)稱正滲透膜的活性層朝向原料液側(cè)；以蠕動(dòng)泵作為輸送動(dòng)力，錯(cuò)流速度為6.4cm/s；計(jì)算機(jī)與高精度電子秤連接，通過對(duì)原料液重量的實(shí)時(shí)測(cè)量來計(jì)算正滲透過程水通量；同時(shí)，通過電導(dǎo)率儀實(shí)時(shí)測(cè)試原料液側(cè)溶液電導(dǎo)率進(jìn)而計(jì)算汲取液反向鹽通量。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明方法中以乳酸鐵作為正滲透的汲取液，與傳統(tǒng)的汲取液相比，因其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在相同濃度下可以在水溶液中電離出遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汲取液(如，氯化鈉)的離子，進(jìn)而產(chǎn)生較大的滲透壓。同時(shí)，其自身分子尺寸也遠(yuǎn)大于Na+、Cl-和SO42-等無機(jī)鹽離子，因此具有較小的反向鹽通量，且汲取液濃縮能耗比無機(jī)鹽類更低。此外，與人工合成的大分子或高分子汲取液相比，在水通量相同條件下，其粘度遠(yuǎn)低于大分子化合物，能夠有效的減小濃差極化現(xiàn)象和工藝運(yùn)行過程中汲取液輸送所消耗的能源，且制備成本更低。本發(fā)明中制備的配合物汲取液兼顧無機(jī)鹽和大分子化合物類汲取液具有的高滲透壓和低反向鹽通量特點(diǎn)。并且，選取的原料為乳酸鈉，成本低，毒性小，膜相容性好。因此，采用該方法制備汲取液能夠有效地提高正滲透工藝的性能，促進(jìn)正滲透技術(shù)的更廣泛應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。
實(shí)施例1
乳酸鐵配合物制備：取0.2mol乳酸鈉加入裝有50ml去離子水的500ml單口燒瓶中，加熱至60℃，攪拌，將溶液混合均勻。分別取0.05mol Fe2(SO4)3和0.05mol Na2SO4各自加入100ml去離子水中，攪拌溶解，再將兩種溶液同時(shí)滴加入乳酸鈉溶液中，強(qiáng)力攪拌，待滴加完畢，溫度升至80℃，攪拌反應(yīng)6h。將反應(yīng)結(jié)束后的溶液冷卻至室溫，使用旋轉(zhuǎn)蒸儀發(fā)濃縮反應(yīng)液，至原體積的1/5。將濃縮液倒入冷乙醇中，析出淺綠色固體，抽濾，再用冷乙醇反復(fù)淋洗，直至濾液無色。之后，將固體取出，用乙醇與水的混合液進(jìn)行重沉淀(乙醇/水，5/1)，得到淺綠色晶體。經(jīng)60℃干燥6h，得到乳酸鐵配合物。
正滲透性能：將乳酸鐵配合物配制成不同濃度的水溶液各200ml(0.5、0.75、1.0、1.5和2.0mol/L)。再分別對(duì)不同濃度的汲取液進(jìn)行正滲透性能測(cè)試，即將乳酸鐵水溶液作為汲取液，去離子水作為原料液，HTI公司生產(chǎn)CAT-ES膜作為正滲透膜，活性層朝向原料液側(cè)，測(cè)試水通量和反向鹽通量。水通量分別為8.02、13.39、18.78、20.18和22.01LMH；反向鹽通量分別為0.69、0.87、1.00、1.40和2.01gMH。采用納濾技術(shù)對(duì)稀釋后汲取液進(jìn)行濃縮再生，回收率大于95％。分別測(cè)試其粘度和滲透壓，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，篩選出適合作為汲取液的濃度為1.0mol/L。
實(shí)施例2
乳酸鐵配合物制備：取0.2mol乳酸鈉加入裝有50ml去離子水的500ml單口燒瓶中，加熱至60℃，攪拌，將溶液混合均勻。分別取0.05mol Fe2(SO4)3和0.05mol Na2SO4各自加入100ml去離子水中，攪拌溶解，再將兩種溶液同時(shí)滴加入乳酸鈉溶液中，強(qiáng)力攪拌，待滴加完畢，溫度升至80℃，攪拌反應(yīng)6h。將反應(yīng)結(jié)束后的溶液冷卻至室溫，使用旋轉(zhuǎn)蒸儀發(fā)濃縮反應(yīng)液，至原體積的1/5。將濃縮液倒入冷乙醇中，析出淺綠色固體，抽濾，再用冷乙醇反復(fù)淋洗，直至濾液無色。之后，將固體取出，用乙醇與水的混合液進(jìn)行重沉淀(乙醇/水，5/1)，得到淺綠色晶體。經(jīng)60℃干燥6h，得到乳酸鐵配合物。
海水脫鹽：通過對(duì)不同濃度汲取液粘度、滲透壓、水通量、反向鹽通量等性能綜合比較，選取1.0mol/L作為汲取液濃度。同時(shí)，黃海灣海水作為原料液，HTI公司生產(chǎn)CAT-ES膜作為正滲透膜，活性層朝向原料液。測(cè)試水通量結(jié)果為7.54LMH(第一小時(shí)水通量)，其結(jié)果接近同濃度EDTA配合物的2倍。