溶液中離子的交換和濃縮方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種溶液中離子的交換和濃縮方法及裝置，該裝置及方法通過(guò)陰離子膜和陽(yáng)離子膜的組合，提供離子轉(zhuǎn)移的通道，實(shí)現(xiàn)溶液中物質(zhì)的分離和離子的交換反應(yīng)。在不同的驅(qū)動(dòng)液的作用下，實(shí)現(xiàn)海水淡化、廢水的資源化、無(wú)害化處理；該方法可以廣泛地應(yīng)用于污水處理，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的離子濃縮、脫酸、脫堿、脫鹽、鹽水淡化過(guò)程中，以及鉀鹽的生產(chǎn)，酸堿鹽之間的互相轉(zhuǎn)化。
【專利說(shuō)明】
溶液中離子的交換和濃縮方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種溶液中離子的交換和濃縮方法及裝置，尤其是涉及一種利用陰離子膜和陽(yáng)離子膜組合應(yīng)用的方法及裝置，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在水處理、化工生產(chǎn)、化工分離與化學(xué)反應(yīng)、輕工與食品、原子能等工業(yè)領(lǐng)域，常涉及水中各種陰陽(yáng)離子的交換或轉(zhuǎn)換，或分離脫除或濃縮回收，以及有機(jī)物與水、酸、堿、鹽等不同種類物質(zhì)的分離、脫水、提純和濃縮以及復(fù)分解反應(yīng)問(wèn)題。因?yàn)榛瘜W(xué)工業(yè)的發(fā)展，水污染以及淡水的匱乏已經(jīng)影響到經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，水處理和凈化是一個(gè)必須從技術(shù)上有新的突破的領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的溶液中離子的交換和濃縮方法及裝置要解決的問(wèn)題是:現(xiàn)有的擴(kuò)散滲析沒(méi)有額外的驅(qū)動(dòng)力的問(wèn)題，而Donnan擴(kuò)散滲析中，本發(fā)明中一并簡(jiǎn)稱和統(tǒng)稱為擴(kuò)散滲析，的驅(qū)動(dòng)液需要同時(shí)起到驅(qū)動(dòng)的作用，和承接液的作用，隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，驅(qū)動(dòng)力不斷減小，阻力不斷增加，有驅(qū)動(dòng)力不足的問(wèn)題。本發(fā)明提供了獨(dú)立的承接液，使系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力不受待處理液濃度的影響，也使得擴(kuò)散滲析的應(yīng)用可以被第三方的承接液所調(diào)節(jié)，大大地?cái)U(kuò)大了擴(kuò)散滲析的使用范圍，避免了因?yàn)榇幚硪褐须x子濃度的增加而增加的阻力，提供了利用驅(qū)動(dòng)溶液和承接液之間濃度差變化作為驅(qū)動(dòng)力的裝置和方法，克服了復(fù)分解反應(yīng)需要有沉淀、氣體或水生成才能進(jìn)行反應(yīng)的限制。本發(fā)明的裝置和方法，用于從溶液中，尤其是從廢水中提煉有價(jià)值的資源，或用無(wú)害離子替換有害離子使之無(wú)害化，或完全脫除水中陰陽(yáng)離子實(shí)現(xiàn)水的凈化處理，或?qū)崿F(xiàn)不同物質(zhì)間離子的互換，產(chǎn)出所需要的物質(zhì)。
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種溶液中離子的交換和濃縮方法及裝置。該裝置及方法通過(guò)陰離子膜和陽(yáng)離子膜的組合，提供離子轉(zhuǎn)移的通道，實(shí)現(xiàn)溶液中物質(zhì)的分離和離子的交換反應(yīng)。該裝置包括:四個(gè)被離子膜分割開(kāi)的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)或陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)；其中，所述陰離子提取置換用容器系統(tǒng)的第一容器室與第二容器室以陰離子膜分割，第二容器室與第三容器室以陽(yáng)離子膜分割，第三容器室與第四容器室以陰離子膜分割，第四容器室與第一容器室互相連通；或者，所述陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)的第一容器室與第二容器室以陽(yáng)離子膜分割，第二容器室與第三容器室以陰離子膜分割，第三容器室與第四容器室以陽(yáng)離子膜分割，第四容器室與第一容器室互相連通。實(shí)際使用時(shí)，為減少占地面積，這樣的容器組合可以多層疊加使用。
[0005]為了讓不同大小和重量的離子有選擇地優(yōu)先通過(guò)離子膜，上述的容器室被離子膜平行地分割成為獨(dú)立的容器室，離子膜自上而下的排列順序?yàn)?陰-陽(yáng)-陰，或陽(yáng)-陰-陽(yáng)；最優(yōu)地，若驅(qū)動(dòng)離子比被驅(qū)動(dòng)離子輕，則第二容器室設(shè)置在第三容器室的上方，自上而下的排列順序?yàn)榈谝?、第二、第三、第四容器室；若?qū)動(dòng)離子比被驅(qū)動(dòng)離子重，則第二容器室設(shè)置在第三容器室的下方，自上而下的排列順序?yàn)榈谒摹⒌谌?、第二、第一容器室?br>[0006]其中，第一和第四容器室共用或獨(dú)立有一個(gè)輸送待處理液的管路，第二和第三容器室有各自的輸送管路，為了減少濃差極化的影響，第二、第三和第四容器室中的溶液應(yīng)該處于被充分的攪動(dòng)狀態(tài)；為保持第一容器室中的驅(qū)動(dòng)離子和被驅(qū)動(dòng)離子依重力影響在高度上的分布，并減少濃差極化的影響，溶液在容器內(nèi)最好被驅(qū)動(dòng)保持平行穩(wěn)定的層流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)出第四室與第一室的管路的流向最好與離子膜的平面垂直方向，在與膜平面垂直方向，待處理液最好沒(méi)有擾動(dòng)，只通過(guò)驅(qū)動(dòng)液中離子的作用實(shí)現(xiàn)離子的移動(dòng)。為保持四個(gè)容器室內(nèi)水壓一致，每個(gè)容器設(shè)一個(gè)液位計(jì)，運(yùn)行時(shí)保持液位一致。由于驅(qū)動(dòng)液的高滲透壓，第三容器室需要施加壓力，減少滲透而致溶液的稀釋，因此，第三容器室兩側(cè)的離子膜需要有支撐以便耐壓。當(dāng)?shù)谝弧⒌谒幕虻诙萜魇抑杏谐恋砘蚰z體形成時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行沉淀析出，并將母液回用。
[0007]一般地，待處理液的體積巨大，或者流量巨大，而驅(qū)動(dòng)液和承接液的體積設(shè)置的小，方便保持驅(qū)動(dòng)液的高濃度和在承接液中的濃縮效應(yīng)。驅(qū)動(dòng)液中的溶質(zhì)可以連續(xù)地或間斷地添加，最好保持在飽和或過(guò)飽和狀態(tài)；承接液中的溶質(zhì)一般設(shè)計(jì)優(yōu)選溶解度較低的物質(zhì)，方便連續(xù)地結(jié)晶或蒸發(fā)導(dǎo)出，母液回用。連續(xù)循環(huán)操作或間歇式生產(chǎn)運(yùn)行
[0008]當(dāng)確定待處理液中的離子已經(jīng)完全被置換或達(dá)到了要求的濃度水平，反應(yīng)應(yīng)適可而止，否則，驅(qū)動(dòng)液會(huì)不必要地進(jìn)入承接液中。
[0009]簡(jiǎn)單地按溶液電位分析，設(shè)驅(qū)動(dòng)液的電位V3，濃度越高電位越高，待處理液的電位VI，承接液的電位V2，驅(qū)動(dòng)液和待處理夜之間的驅(qū)動(dòng)力為V3-V1，驅(qū)動(dòng)液和承接液之間的驅(qū)動(dòng)力為V3-V2，待處理液和承接液之間的阻力V2-V1，則系統(tǒng)的凈驅(qū)動(dòng)力為V3-V1+V3-V2-(V2-V1) = 2V3-2V2，和待處理液的Vl無(wú)關(guān)，避免了待處理液離子濃度增加對(duì)驅(qū)動(dòng)力的影響。該系統(tǒng)因?yàn)橛媚訑?shù)少，在濃縮凈化離子時(shí)比其它系統(tǒng)【如膜組合系統(tǒng)，因?yàn)轵?qū)動(dòng)液和待處理液的濃度要求均在高位，才具有足夠的驅(qū)動(dòng)力，該系統(tǒng)只能用于物質(zhì)間的類似復(fù)分解反應(yīng)的離子互換反應(yīng)】的凈驅(qū)動(dòng)力大，且和待處理液的電位無(wú)關(guān)，因此，才具有可實(shí)際應(yīng)用的生產(chǎn)和廢水處理效率。為了獲得最好的效率，應(yīng)將離子濃度高的溶液作為驅(qū)動(dòng)液，在選擇驅(qū)動(dòng)液時(shí)則選擇離子濃度盡可能大的溶質(zhì)作為驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)，承接液中的離子濃度盡可能的小，通過(guò)匹配溶解度低的產(chǎn)物方式或者連續(xù)更新溶液方式實(shí)現(xiàn)。
[0010]為了增加驅(qū)動(dòng)液中的離子濃度或活度，通過(guò)局部加熱驅(qū)動(dòng)液增加溶質(zhì)的溶解度。驅(qū)動(dòng)液離子濃度高，則對(duì)待處理液中溶質(zhì)的濃縮效應(yīng)越強(qiáng)，可以應(yīng)用于稀有元素的濃縮，如稀有元素的生產(chǎn)或從海水或廢水中濃縮有用的貴重有用和稀有元素。
[0011]為了避免水中雜質(zhì)對(duì)離子膜的影響，溶液中的懸浮物、膠體、對(duì)離子膜有害的氧化劑、還原劑等應(yīng)預(yù)先處理。
[0012]為描述的方便，本發(fā)明中的方法，以步驟的方式表述，其步驟的順序或增減，不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
[0013]本發(fā)明的溶液中離子的交換和濃縮方法，利用上述裝置進(jìn)行，其包括以下步驟:
[0014]將待處理溶液導(dǎo)入第一和第四容器室，在該室內(nèi)的新產(chǎn)物不能有沉淀，以免破壞膜結(jié)構(gòu)，但新產(chǎn)物的溶解度最好比較低，方便后續(xù)的分離析出。將驅(qū)動(dòng)溶液導(dǎo)入第三容器室；將承接溶液導(dǎo)入第二容器室，在該室內(nèi)的新產(chǎn)物不能沉淀，以免破壞膜結(jié)構(gòu)，但新產(chǎn)物的溶解度最好比較低，方便后續(xù)的分離析出。
[0015]本發(fā)明的溶液中陽(yáng)離子的交換和濃縮方法，是利用陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，及以下步驟:
[0016]所述驅(qū)動(dòng)液為為高離子濃度的鹽、酸或堿；
[0017]在待處理液中獲得陽(yáng)離子被置換或分離提取了的溶液；
[0018]在承接液中收集處理對(duì)應(yīng)的來(lái)自待處理溶液中陽(yáng)離子與驅(qū)動(dòng)液中陰離子形成的物質(zhì)，可作為有用的資源物質(zhì)，比如，從海水中、各種廢水中濃縮提取各種陽(yáng)離子礦物質(zhì)。
[0019]假定離子的濃度和活度正相關(guān)，上述的高離子濃度的鹽、酸或堿可選為氯化鈉、氯化鉀、氯化銨、碳酸銨、碳酸銨及氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸鈉、硫酸銨、亞硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、亞硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉、甲酸銨、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸銨、乙酸鉀、碘化銨、碘化鉀、碘化鈉、硫氰酸鉀、硫氰酸銨、硫氰酸鈉、氰化鈉、氟化鉀、氯化鋅、溴化銨、溴化鈉、溴化鋅、氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、硫氰酸鋰、鹽酸、硫酸、硝酸、氫氧化鈉或氫氧化鉀。驅(qū)動(dòng)液中溶質(zhì)的選擇是基于經(jīng)濟(jì)性和設(shè)施的方便性的考慮，單從技術(shù)考慮，選擇的可能性有多種。另外，需要考慮，溶質(zhì)或者析出的產(chǎn)物不能在膜中發(fā)生沉淀現(xiàn)象，以免破壞膜的結(jié)構(gòu)。
[0020]為除去污水中的銨根離子態(tài)的氮和鉀離子營(yíng)養(yǎng)成分和其它有害陽(yáng)離子成分，利用上述方法，采用的驅(qū)動(dòng)液為氯化鈉、碳酸鈉、硝酸鈉或氫氧化鈉，使銨根離子、鉀離子等陽(yáng)離子被鈉離子所置換，從而使廢水盡可能的無(wú)害化和資源化。
[0021]而為除去水中的鈣鎂離子達(dá)到軟化水的目的，則采用的驅(qū)動(dòng)液為氯化鈉、硝酸鈉、鹽酸、硝酸或氯化銨，使水中的硬離子被置換。
[0022]為回收廢水中的酸，采用的驅(qū)動(dòng)液為高離子濃度的鹽(如廢酸濃度高，則將廢酸作為驅(qū)動(dòng)液，至少前期廢酸濃度高時(shí)作為驅(qū)動(dòng)液來(lái)使用)；在承接液中收集對(duì)應(yīng)的酸溶液；所采用的高離子濃度的鹽為氯化鈉、氯化鉀、氯化銨、硫酸銨、亞硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、亞硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉、甲酸銨、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸銨、乙酸鉀、碘化銨、碘化鉀、碘化鈉、硫氰酸鉀、硫氰酸銨、硫氰酸鈉、氰化鈉、氟化鉀、氯化鋅、溴化銨、溴化鈉、溴化鋅、氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰或硫氰酸鋰。
[0023]該方法可以應(yīng)用于電鍍廢水、生物質(zhì)酸水解液、酸洗液或涉及用酸生產(chǎn)而產(chǎn)生的廢水的酸回收處理。在處理生物質(zhì)水解液時(shí)，盡量選擇銨鹽，使生物質(zhì)水解液中的殘留物是可以用作為發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的銨鹽。
[0024]本發(fā)明的溶液中陰離子的交換和濃縮方法，是利用陰離子提取置換用容器系統(tǒng)；
[0025]所述驅(qū)動(dòng)液為為高離子濃度的鹽、酸或堿；
[0026]在承接液中收集處理對(duì)應(yīng)的來(lái)自待處理溶液中陰離子與驅(qū)動(dòng)液中陽(yáng)離子形成的物質(zhì)，可作為有用的資源物質(zhì)。所采用的高離子濃度的鹽、酸或堿為氯化鈉、氯化鉀、氯化銨、碳酸銨、碳酸銨及氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸鈉、硫酸銨、亞硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、亞硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉、甲酸銨、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸銨、乙酸鉀、碘化銨、碘化鉀、碘化鈉、硫氰酸鉀、硫氰酸銨、硫氰酸鈉、氰化鈉、氟化鉀、氯化鋅、溴化銨、溴化鈉、溴化鋅、氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、硫氰酸鋰、鹽酸、硫酸、硝酸、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0027]利用上述方法，為除去污水中的硝態(tài)氮和磷酸根離子的營(yíng)養(yǎng)和其它有害陰離子成分，采用的驅(qū)動(dòng)液為氯化鈉、氯化鉀、氯化銨、氯化鋰、碳酸銨、碳酸銨及氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉或氫氧化鉀，以氯離子或氫氧根離子替代污水中的其它陰離子，最好是氯化鈉、碳酸鈉、鹽酸及氫氧化鈉，以避免銨根離子的營(yíng)養(yǎng)化。
[0028]利用上述方法，回收廢水中的堿，采用的驅(qū)動(dòng)液為高離子濃度的鹽(如廢堿濃度高，則將廢堿作為驅(qū)動(dòng)液，至少前期廢堿濃度高時(shí)作為驅(qū)動(dòng)液來(lái)使用);在承接液中收集對(duì)應(yīng)的堿溶液；所述的高離子濃度的鹽為氯化鈉、氯化鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸鉀、碘化鉀、碘化鈉、硫氰酸鉀、硫氰酸鈉、氰化鈉、氟化鉀、氯化鋅、溴化鈉、溴化鋅、氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、硫氰酸鋰；上述的廢水為造紙制漿廢水、皮革、印染、紡織或堿洗廢水等。
[0029]本發(fā)明的一種含堿溶液中堿的脫除方法，其包括有如下步驟:
[0030]步驟1、以銨根離子置換溶液中存在的陽(yáng)離子；當(dāng)銨根離子進(jìn)入含堿溶液中，部分形成氨氣逸出，提供了一個(gè)擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)的額外的驅(qū)動(dòng)力，即有效地增加了系統(tǒng)擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力；所述的銨根離子來(lái)源于氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、硝酸銨或硫酸銨。
[0031]步驟2、加熱或同時(shí)以負(fù)壓方式加熱步驟I得到的溶液，促使溶液中銨的析出，進(jìn)一步消除溶液的堿性。
[0032]在有氨氣析出的過(guò)程中，由于提供了一個(gè)額外的驅(qū)動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)，離子的置換可以采用常規(guī)的單層陽(yáng)離子膜道南擴(kuò)散滲析即可達(dá)到足夠的生產(chǎn)速度，在擴(kuò)散過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)液中的銨離子與含堿溶液中的陽(yáng)離子交換；或利用本發(fā)明所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，則可提供一個(gè)更有效的運(yùn)行裝置。
[0033]上述堿的脫除方法，本發(fā)明中示范用于將制漿黑液中殘余的氫氧化鈉脫除，使制漿黑液中性化。同理，可以用于皮革、印染、紡織或堿洗廢水中堿性物質(zhì)的脫除。
[0034]海水或廢水的淡化無(wú)疑是最重要的領(lǐng)域之一，其指導(dǎo)思想是，一、使水中的陽(yáng)離子被氫離子或銨根離子置換，可能的驅(qū)動(dòng)物質(zhì)有鹽酸、硝酸、硫酸，各種銨鹽，硫酸作為驅(qū)動(dòng)物需要考慮硫酸鹽沉淀對(duì)膜的影響，海水預(yù)處理需要清除鈣離子，酸或銨鹽消耗的成本也許可以從海水中提取的礦物質(zhì)中的收益來(lái)平衡。二、使水中的陰離子被氫氧根離子、碳酸根離子或碳酸氫根離子置換，可能的驅(qū)動(dòng)物質(zhì)有氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、碳酸銨、碳酸銨及氨水的混合溶液【添加氨水的目的是增加碳酸銨的電離，減少碳酸銨的分解】、碳酸氫銨或其它的碳酸鹽。最終海水或廢水中的外來(lái)物質(zhì)只有水、氨、或碳酸、碳酸銨，都是易于后續(xù)處理或收集的物質(zhì)。其中，考慮到水中各種雜質(zhì)離子的存在，并可能與堿形成沉淀，上述操作中氫離子或銨根離子置換水中的各種陽(yáng)離子的步驟最好優(yōu)先進(jìn)行，且產(chǎn)物提取后，溶液循環(huán)使用。離子的置換可以采用常規(guī)的擴(kuò)散滲析或利用本發(fā)明所述的離子提取置換用容器系統(tǒng)。尤其是當(dāng)有氨氣或碳酸銨、碳酸氫銨分解放出氣體時(shí)，單層膜的擴(kuò)散滲析效率得到顯著的提高，使擴(kuò)散滲析具有更廣泛的工業(yè)應(yīng)用可行性。
[0035]本發(fā)明的一種海水或廢水的淡化方法，同時(shí)濃縮富集水中的陽(yáng)離子和陰離子物質(zhì)，有如下步驟:
[0036]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以氫離子置換出海水或廢水中的鈉離子以及其它陽(yáng)離子；所述驅(qū)動(dòng)液為鹽酸、硝酸或硫酸。
[0037]步驟2、在承接液中收集對(duì)應(yīng)的鈉鹽及其它鹽類，并回用承接液；由于酸的離子濃度高，因此，可以得到高濃度的鹽溶液，有利于鹽分的析出回收；理論上承接液中鹽的濃度可以接近但低于驅(qū)動(dòng)液中離子的濃度；
[0038]步驟3、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以氫氧根離子或碳酸根離子置換出步驟I中陽(yáng)離子已經(jīng)置換為氫離子的海水中的氯離子以及其它陰離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、碳酸銨、碳酸銨和氨的混合液、碳酸鈉、碳酸鉀；
[0039]步驟4、在承接液中收集對(duì)應(yīng)的鹽，并回用承接液。因?yàn)闅潆x子和氫氧根離子都比其它離子更容易從相應(yīng)的離子膜中透過(guò)，因此優(yōu)先采用承接液直接在待處理液下方，在驅(qū)動(dòng)液的上方的排列方式，并且，承接液最好在容器內(nèi)通過(guò)內(nèi)置栗驅(qū)動(dòng)溶液不斷的進(jìn)行平行于膜面的層流流動(dòng)。
[0040]本發(fā)明的又一種海水淡化方法，有如下步驟:
[0041]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以銨離子置換出海水中的鈉離子以及其它陽(yáng)離子；所述驅(qū)動(dòng)液為碳酸銨或碳酸銨及少量氨水的混合溶液；為避免碳酸鹽沉淀對(duì)膜的影響，海水中的鈣鎂離子應(yīng)預(yù)先處理脫除。
[0042]步驟2、在承接液中收集碳酸鈉，并回用承接液；利用碳酸鈉溶解度低的特點(diǎn)經(jīng)濟(jì)地結(jié)晶析出；
[0043]可選的步驟3、將步驟2中的碳酸鈉與氯化銨用再結(jié)晶的方法轉(zhuǎn)化為碳酸銨，以便循環(huán)使用；
[0044]步驟4、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以碳酸根離子置換出步驟I中陽(yáng)離子已經(jīng)置換為銨根離子的海水中的氯離子以及其它陰離子；所述驅(qū)動(dòng)液為碳酸銨或碳酸銨及少量氨水的混合溶液；
[0045]步驟5、在承接液中收集氯化銨及銨的其它鹽，用作為步驟3的原料，并最好回用承接液；
[0046]步驟6、加熱步驟4得到的含有碳酸銨的海水，回收碳酸銨，循環(huán)使用；
[0047]可選的步驟7、用鹽酸或硫酸作為驅(qū)動(dòng)液，利用陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以氫離子置換出殘余的銨根離子；使處理后的海水中理論上只含少量無(wú)害的碳酸；
[0048]或者:
[0049]步驟4、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以氫氧根離子置換出步驟I中陽(yáng)離子已經(jīng)置換為銨根離子的海水中的氯離子以及其它陰離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰；
[0050]步驟5、在承接液中收集氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰及其它鹽；
[0051]步驟6、加熱步驟4得到的含有氨的海水，回收氨水，利用氨水生產(chǎn)堿，循環(huán)使用；
[0052]可選的步驟7、用鹽酸或硫酸作為驅(qū)動(dòng)液，利用陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以氫離子置換出殘余的銨根離子。
[0053]本發(fā)明的又一種海水淡化方法，有以下步驟:
[0054]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以銨離子置換出海水中的鈉離子以及其它陽(yáng)離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化銨；因?yàn)槁然锖吞妓猁}相比，基本都能溶于水，因此，沒(méi)有在膜中沉淀析出的問(wèn)題，對(duì)海水的預(yù)處理要求較低；
[0055]步驟2、在承接液中收集或移除氯化鈉，但最好再回用；
[0056]步驟3、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以碳酸根離子置換出步驟I中陽(yáng)離子已經(jīng)置換為銨根離子的海水中的氯離子以及其它陰離子；所述驅(qū)動(dòng)液為碳酸銨或碳酸銨及少量氨水的混合溶液；
[0057]步驟4、在承接液中收集氯化銨及銨的其它鹽，將回收的氯化銨作為步驟I的驅(qū)動(dòng)液，母液最好回用為；
[0058]步驟5、加熱步驟3得到的含有碳酸銨的海水，回收碳酸銨，循環(huán)使用；
[0059]可選的步驟6、用鹽酸、硫酸或硝酸作為驅(qū)動(dòng)液，利用陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以氫尚子置換出殘余的錢根尚子。
[0060]或者:
[0061]步驟4、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以氫氧根離子置換出步驟I中陽(yáng)離子已經(jīng)置換為銨根離子的海水中的氯離子以及其它陰離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰；
[0062]步驟5、在承接液中收集氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰及其它鹽；
[0063]步驟6、加熱步驟4得到的含有氨的海水，回收氨水，利用氨水生產(chǎn)堿，循環(huán)使用；
[0064]可選的步驟7、用鹽酸或硫酸作為驅(qū)動(dòng)液，利用陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以氫尚子置換出殘余的錢根尚子。
[0065]本發(fā)明中陰或陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)的選擇依據(jù)是根據(jù)膜的成本、膜對(duì)系統(tǒng)中溶液的適應(yīng)性以及后續(xù)處理的經(jīng)濟(jì)方便性而決定的。不影響本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)。
[0066]本發(fā)明的又一種海水淡化方法，有以下步驟:
[0067]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以銨離子置換出海水中的鈉離子以及其它陽(yáng)離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氨水；
[0068]步驟2、在承接液中收集或移除氫氧化鈉；因?yàn)榘彼碾x子濃度低，所以氫氧化鈉的濃度不能升高，否則驅(qū)動(dòng)力不足，因此，最好用流動(dòng)的海水及時(shí)移除氫氧化鈉；
[0069]步驟3、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以碳酸根離子或氫氧根離子置換出步驟I中陽(yáng)離子已經(jīng)置換為銨根離子的海水中的氯離子以及其它陰離子；所述驅(qū)動(dòng)液為碳酸銨或碳酸銨及少量氨水的混合溶液或氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰；
[0070]步驟4、在承接液中收集氯化銨及銨的其它鹽，或者相對(duì)應(yīng)的氯化物；
[0071]步驟5、加熱步驟3得到的含有碳酸銨或氨的海水，回收碳酸銨或氨，循環(huán)使用；
[0072]可選的步驟6、用鹽酸、硫酸或硝酸作為驅(qū)動(dòng)液，利用陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以氫尚子置換出殘余的錢根尚子。
[0073]上述的各種海水淡化方法也可以應(yīng)用于水質(zhì)的提高處理或一般的廢水的凈化處理過(guò)程中。
[0074]本發(fā)明的一種含氮或鉀肥料的灌溉水的生產(chǎn)方法，其包括:
[0075]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以銨離子或鉀離子置換出海水或廢水中的鈉離子或/以及其它陽(yáng)離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化銨、氯化鉀、碳酸銨、碳酸銨及氨水的混合溶液、碳酸鉀、硫酸銨、亞硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、亞硝酸鉀、甲酸銨、甲酸鉀、乙酸銨、乙酸鉀、碘化銨、碘化鉀、硫氰酸鉀、硫氰酸銨、氟化鉀、、溴化銨或氫氧化鉀。
[0076]步驟2、在承接液中收集處理對(duì)應(yīng)的來(lái)自海水或廢水中陽(yáng)離子與驅(qū)動(dòng)液中酸根離子形成的鹽，或者以海水作為承接液直接排放進(jìn)入大海。
[0077]上述含氮或含鉀的灌溉水可以按不同比例混合后使用。
[0078]本發(fā)明的一種硫酸鉀的生產(chǎn)方法，其包括，待處理液為硫酸鈉、硫酸銨或硫酸；最好是飽和溶液；
[0079]步驟1、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以鉀離子置換鈉離子、銨離子或氫離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化鉀、碳酸鉀或硝酸鉀，最好在生產(chǎn)過(guò)程中不斷添加原料保持驅(qū)動(dòng)液和待處理溶液飽和，以得到最大的驅(qū)動(dòng)力；
[0080]步驟2、在承接液中收集處理硫酸鉀溶液；利用硫酸鉀溶解度低的特點(diǎn)進(jìn)行分離，分離后的母液回用；
[0081]步驟3、在待處理液中收集處理對(duì)應(yīng)的鈉鹽、銨鹽或酸；
[0082]或者:
[0083]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以鉀離子置換鈉離子、銨離子或氫離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化鉀、碳酸鉀或硝酸鉀；
[0084]步驟2、在待處理液中收集處理硫酸鉀溶液；
[0085]步驟3、在承接液中收集處理對(duì)應(yīng)的鈉鹽、銨鹽或酸。
[0086]本發(fā)明的一種硝酸鉀的生產(chǎn)方法，其包括，所述的待處理液為硝酸銨、硝酸鈉或硝酸；
[0087]步驟1、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以鉀離子置換銨離子、鈉離子或氫離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化鉀、碳酸鉀；
[0088]步驟2、在承接液中收集處理硝酸鉀溶液；
[0089]步驟3、在待處理液中收集處理對(duì)應(yīng)的銨鹽、鈉鹽或酸；
[0090]或者:
[0091]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以鉀離子置換銨離子、鈉離子或氫離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化鉀、碳酸鉀；
[0092]步驟2、在待處理液中收集處理硫酸鉀溶液；
[0093]步驟3、在承接液中收集處理對(duì)應(yīng)的銨鹽、鈉鹽或酸。
[0094]上述硝酸和硝酸銨的飽和溶液具有更高的離子濃度，可優(yōu)先作為驅(qū)動(dòng)液。
[0095]本發(fā)明的一種碳酸鉀的生產(chǎn)方法，其包括，所述的待處理液為碳酸銨、碳酸銨與氨水的混合溶液或碳酸鈉；
[0096]步驟1、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以鉀離子置換銨離子、鈉離子或氫離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化鉀、硝酸鉀；
[0097]步驟2、在承接液中收集處理碳酸鉀溶液；
[0098]步驟3、在待處理液中收集處理對(duì)應(yīng)的銨鹽或鈉鹽；
[0099]或者:
[0100]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以鉀離子置換銨離子、鈉離子或氫離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化鉀、硝酸鉀；
[0101 ] 步驟2、在待處理液中收集處理碳酸鉀溶液；
[0102]步驟3、在承接液中收集處理對(duì)應(yīng)的銨鹽或鈉鹽。
[0103]上述碳酸銨與氨水的混合溶液的飽和溶液具有更高的離子濃度，可優(yōu)先作為驅(qū)動(dòng)液。
[0104]本發(fā)明的一種酸的生產(chǎn)方法，是不同酸之間的互相轉(zhuǎn)化，其包括，所述的待處理液為鹽酸、硫酸、硝酸、甲酸或乙酸；
[0105]步驟1、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以硫酸根離子置換氯離子、硝酸根離子、甲酸根離子或乙酸根離子，即以驅(qū)動(dòng)液中的陰離子置換待處理液中不同名的陰離子;
[0106]所述驅(qū)動(dòng)液為硫酸銨、硫酸鈉，硝酸銨、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸鈉、乙酸鉀、氯化鈉、氯化銨、氯化鉀、氯化鋰；
[0107]步驟2、在承接液中收集處理相對(duì)應(yīng)的鹽；
[0108]步驟3、在待處理液中收集處理相對(duì)應(yīng)的硫酸、鹽酸、硝酸、甲酸或乙酸溶液。
[0109]或者:
[0110]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)液中的陰離子置換待處理液中不同名的陰離子；
[0111]所述驅(qū)動(dòng)液為硫酸銨、硫酸鈉，硝酸銨、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸鈉、乙酸鉀、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋰、溴化鋰；
[0112]步驟2、在承接液中收集處理相對(duì)應(yīng)的硫酸、鹽酸、硝酸、甲酸或乙酸溶液；
[0113]步驟3、在待處理液中收集處理相對(duì)應(yīng)的鹽。
[0114]上述酸的飽和溶液具有更高的離子濃度，可優(yōu)先作為驅(qū)動(dòng)液；上述酸的轉(zhuǎn)化生產(chǎn)方法也可以用于其它不常用的各種酸之間的轉(zhuǎn)化。
[0115]本發(fā)明的一種堿的生產(chǎn)方法，其包括，所述的待處理液為氨水，最好是飽和的氨水溶液；
[0116]步驟1、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以鈉離子或鉀離子或鋰離子置換銨離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化鈉、碳酸鈉、硝酸鈉、氯化鉀、碳酸鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀、亞硝酸鈉、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸鉀、碘化鉀、碘化鈉、硫氰酸鉀、硫氰酸鈉、氰化鈉、氟化鉀、溴化鈉、氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、硫氰酸鋰；
[0117]步驟2、在承接液中收集處理氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰溶液；
[0118]步驟3、在待處理液中收集處理對(duì)應(yīng)的銨鹽。
[0119]上述方法也可以用于其它不常用的堿的生產(chǎn)。
[0120]本發(fā)明的有一種堿的生產(chǎn)方法，是不同堿之間的轉(zhuǎn)換，其包括，所述的待處理液為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰；
[0121]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)液中的陽(yáng)離子置換待處理液中不同名的陽(yáng)離子；
[0122]所述驅(qū)動(dòng)液為氯化鈉、碳酸鈉、硝酸鈉、氯化鉀、碳酸鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀、亞硝酸鈉、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸鉀、碘化鉀、碘化鈉、硫氰酸鉀、硫氰酸鈉、氰化鈉、氟化鉀、溴化鈉、氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、硫氰酸鋰；
[0123]步驟2、在承接液中收集處理相對(duì)應(yīng)的鹽；
[0124]步驟3、在待處理液中收集處理相對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰。
[0125]上述堿的飽和溶液具有更高的離子濃度，可優(yōu)先作為驅(qū)動(dòng)液；上述堿的轉(zhuǎn)化生產(chǎn)方法還可以用于其它不常用的各種堿之間的轉(zhuǎn)化。
[0126]本發(fā)明的一種酸和堿的生產(chǎn)方法，利用了強(qiáng)酸弱堿鹽水解產(chǎn)物中堿的離子濃度低阻力小的特點(diǎn)或強(qiáng)堿弱酸鹽水解產(chǎn)物中酸離子濃度低的特點(diǎn)，其包括，所述的待處理液為水；
[0127]步驟1、利用所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)液中的陰離子置換待處理液中的氫氧根離子；所述驅(qū)動(dòng)液為氯化銨、硫酸銨、硝酸銨、氯化鎂、氯化鋰、溴化鋰或硝酸鋰；
[0128]步驟2、在承接液中收集處理相對(duì)應(yīng)的堿；在生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)地移除堿，有利于水解的進(jìn)一步進(jìn)行，增加待處理液中酸產(chǎn)物的濃度；
[0129]步驟3、在待處理液中收集處理相對(duì)應(yīng)的酸；
[0130]或者:
[0131]步驟1、利用所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)液中的陽(yáng)離子置換待處理液中的氫離子；所述驅(qū)動(dòng)液為碳酸鈉、碳酸鉀、磷酸鈉或磷酸鉀；
[0132]步驟2、在承接液中收集處理相對(duì)應(yīng)的酸；在生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)地移除酸，有利于水解的進(jìn)一步進(jìn)行，增加待處理液中堿產(chǎn)物的濃度；
[0133]步驟3、在待處理液中收集處理相對(duì)應(yīng)的堿。
【具體實(shí)施方式】
[0134]實(shí)施例1
[0135]本實(shí)施例提供一種溶液中離子的交換和濃縮裝置，其包括:四個(gè)被離子膜分割開(kāi)的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)或陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)；
[0136]其中，所述陰離子提取置換用容器系統(tǒng)的第一容器室Vl【待處理液室】與第二容器室V2【承接液室】以陰離子膜分割，第二容器室與第三容器室V3【驅(qū)動(dòng)液室】以陽(yáng)離子膜分割，第三容器室與第四容器室V4【待處理液室】以陰離子膜分割，第四容器室與第一容器室互相連通；
[0137]或者，所述陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)的第一容器室與第二容器室以陽(yáng)離子膜分割，第二容器室與第三容器室以陰離子膜分割，第三容器室與第四容器室以陽(yáng)離子膜分割，第四容器室與第一容器室互相連通。
[0138]所述的容器室被離子膜平行地分割成為獨(dú)立的容器室，離子膜自上而下的排列順序?yàn)?陰-陽(yáng)-陰，或陽(yáng)-陰-陽(yáng)；最優(yōu)地，若驅(qū)動(dòng)離子比被驅(qū)動(dòng)離子輕，則第二容器室設(shè)置在第一容器室的下方、第三容器室的上方；若驅(qū)動(dòng)離子比被驅(qū)動(dòng)離子重，則倒置為第二容器室設(shè)置在第一容器室的上方、第三容器室的下方。
[0139]另外，第一和第四容器室共用或獨(dú)立有一個(gè)輸送待處理液的管路，第二和第三容器室有各自的輸送管路，為了減少濃差極化的影響，第二、第三和第四容器室中的溶液應(yīng)該處于被充分的攪動(dòng)狀態(tài)；為保持第一容器室中的驅(qū)動(dòng)離子和被驅(qū)動(dòng)離子依重力影響在高度上的分布，并減少濃差極化的影響，溶液在容器內(nèi)最好被驅(qū)動(dòng)保持平行穩(wěn)定的層流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)出第四室與第一室的管路的流向最好與離子膜的平面垂直方向，在與膜平面垂直方向，待處理液最好沒(méi)有擾動(dòng)，只通過(guò)驅(qū)動(dòng)液中離子的作用實(shí)現(xiàn)離子的移動(dòng)。為保持四個(gè)容器室內(nèi)水壓一致，每個(gè)容器設(shè)一個(gè)液位計(jì)，運(yùn)行時(shí)保持液位一致。由于驅(qū)動(dòng)液的高滲透壓，第三容器室需要施加壓力，減少滲透而致溶液的稀釋，因此，第三容器室兩側(cè)的離子膜需要有支撐以便耐壓。當(dāng)?shù)谝弧⒌谒幕虻诙萜魇抑杏谐恋砘蚰z體形成時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行沉淀析出，并將母液回用。
[0140]具體地，為了示范離子的交換和濃縮效應(yīng)，以尼龍材料制作4個(gè)外徑100mm，內(nèi)徑30mm，第一至第四的高度分別為45、35、25、45mm的圓柱形容器，每個(gè)容器的側(cè)面均有一個(gè)直徑1mm的進(jìn)料口也作通氣孔用，另外，第一個(gè)和第四個(gè)容器有直徑140臟，厚度20mm的底盤，底盤中間有1mm的螺絲通孔，連接外部的透明塑料管，底盤邊沿有4個(gè)方便直徑12mm的螺栓插入的直徑14_的通孔。常溫常壓下，采用北京廷潤(rùn)膜技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司提供的陽(yáng)離子膜及陰離子膜，分別裁剪出直徑10mm的膜片完整地覆蓋在圓柱形容器的平行面上，按上述組裝方法，用四根螺栓將4個(gè)容器緊密無(wú)泄漏地組合在一起，通過(guò)透明塑料管連接第一和第四容器室，形成陰離子或陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)。
[0141]為了驗(yàn)證溶液中的離子可以被交換和濃縮，所用驅(qū)動(dòng)液為飽和的硝酸銨、氯化銨、硫酸銨、氯化鈉、碳酸鈉、硝酸鈉、氯化鉀、碳酸鉀、硝酸鉀、碳酸銨溶液，待處理液為被酚酞顯色的0.5M的氫氧化鈉溶液，利用陰離子提取置換用容器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提取液為0.5M氯化鈉溶液【近似模擬海水的離子濃度】。約經(jīng)I小時(shí)后，即可測(cè)出承接液開(kāi)始顯示PH值大于7的堿性，在有銨離子的情況下，3小時(shí)后可以聞到少許氨氣味，48小時(shí)后觀察，塑料管內(nèi)溶液的酚酞紅顏色基本消失，說(shuō)明待處理液中的氫氧根離子基本被置換濃縮進(jìn)入承接液中了。
[0142]其它類似的各種離子之間通過(guò)上述裝置的互換均得到驗(yàn)證，說(shuō)明了可以利用溶液的高濃度作為化學(xué)驅(qū)動(dòng)力，操縱離子的轉(zhuǎn)移方向，實(shí)現(xiàn)各種化學(xué)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)中，作為各種應(yīng)用的示范，對(duì)堿法制漿黑液，電鍍廠含酸廢水、一般生活污水、模擬海水進(jìn)行了堿回收、酸回收和凈化處理，試驗(yàn)了鉀鹽的生產(chǎn)，以及強(qiáng)酸弱堿鹽的水解反應(yīng)，效果均如預(yù)期。因?yàn)槌薪右夯虼幚硪褐械男碌奈镔|(zhì)的提取方法是常規(guī)的濃縮結(jié)晶等方法，本申請(qǐng)中就不再贅述。
[0143]通過(guò)查驗(yàn)已知的溶解度表，假定強(qiáng)電解質(zhì)的離子活度與濃度正相關(guān)，可作為驅(qū)動(dòng)液的高離子濃度的鹽、酸或堿可選為氯化鈉、氯化鉀、氯化銨、碳酸銨、碳酸銨及氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸鈉、硫酸銨、亞硫酸銨、硝酸銨、硝酸鉀、亞硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉、甲酸銨、甲酸鈉、甲酸鉀、乙酸銨、乙酸鉀、碘化銨、碘化鉀、碘化鈉、硫氰酸鉀、硫氰酸銨、硫氰酸鈉、氰化鈉、氟化鉀、氯化鋅、溴化銨、溴化鈉、溴化鋅、氯化鋰、溴化鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、硫氰酸鋰、鹽酸、硫酸、硝酸、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0144]一般地，待處理液的體積巨大，或者流量巨大，而驅(qū)動(dòng)液和承接液的體積設(shè)置的小，方便保持驅(qū)動(dòng)液的高濃度和在承接液中的濃縮效應(yīng)。驅(qū)動(dòng)液中的溶質(zhì)可以連續(xù)地或間斷地添加，最好保持在飽和或過(guò)飽和狀態(tài)；承接液中的溶質(zhì)一般設(shè)計(jì)優(yōu)選溶解度較低的物質(zhì)，方便連續(xù)地結(jié)晶或蒸發(fā)導(dǎo)出，母液回用。
[0145]當(dāng)確定待處理液中的離子已經(jīng)完全被置換或達(dá)到了要求的濃度水平，反應(yīng)應(yīng)適可而止，否則，驅(qū)動(dòng)液會(huì)不必要地進(jìn)入承接液中。
[0146]實(shí)施例2
[0147]第一步:采用陽(yáng)-陰-陽(yáng)離子膜組合，目的是氯化銨替代海水中的氯化鈉【即用銨根離子替代鈉離子及其它陽(yáng)離子，如鉀離子、鈣、鎂離子等】。
[0148]用飽和氯化錢溶液作為驅(qū)動(dòng)液，待處理液為0.5M氯化鈉溶液并用甲基紅染色為淡黃色。半小時(shí)后連接Vl和V4的透明塑料管(管內(nèi)徑8mm)與V4連接部分中的氯化鈉溶液開(kāi)始出現(xiàn)隱約的紅色，應(yīng)該是銨離子從V3析出，從V4向Vl移動(dòng)，鈉離子被從V4壓縮通過(guò)塑料管逐步經(jīng)Vl再進(jìn)入V2。經(jīng)6小時(shí)，塑料管大部分已經(jīng)從淡黃色轉(zhuǎn)為淡附帶淡紅色，再經(jīng)10小時(shí)，塑料管內(nèi)溶液大部分顯鮮艷的紅色。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出各室溶液，放入氫氧化鈉固體，Vl和V4及連接的塑料管內(nèi)的溶液因含有大量的銨離子，而放出大量堿性的氨氣，V2內(nèi)也測(cè)出少量的銨離子。說(shuō)明了原本含氯化鈉的溶液已經(jīng)轉(zhuǎn)化為含氯化銨的溶液了。由于膜兩側(cè)濃度差的因素，擴(kuò)散滲析本身的作用，V3中含有鈉離子。
[0149]第二步:用陰-陽(yáng)-陰離子膜組合，利用碳酸銨替代上述溶液中的氯化銨，即用碳酸根陰離子替代氯離子及實(shí)際海水中的其它陰離子，如溴離子等；驅(qū)動(dòng)液室V3采用密封結(jié)構(gòu)，以減少水滲透所造成的驅(qū)動(dòng)力的損失。
[0150]實(shí)驗(yàn)一
[0151]用飽和碳酸錢及少量氨水的混合溶液作為驅(qū)動(dòng)液，Vl和V4中待處理液為0.5M氯化銨溶液，測(cè)得溶液的PH為6，V2內(nèi)清水pH為7【取自自來(lái)水】；半小時(shí)后，V2內(nèi)pH?8，且V4出口冒出氨氣明顯，Vl則不明顯【以潮濕的pH試紙測(cè)氣體的pH值間接顯示】;一個(gè)半小時(shí)后，V4出口冒出氨氣低于Vl的出口處冒出的氨氣，且測(cè)得V4內(nèi)的pH約為8，Vl內(nèi)pH約為6。3小時(shí)后，Vl中溶液pH值也達(dá)到7以上，說(shuō)明酸性的氯化銨基本被堿性的碳酸銨替代，即3hrs完成了 60ml濃度為0.5M的氯化銨溶液的轉(zhuǎn)化，膜面積為4.5cm2,因此平均通量?44升/hr/m2。
[0152]實(shí)驗(yàn)二
[0153]用飽和碳酸鉀溶液作為驅(qū)動(dòng)液，Vl和V4中待處理液為0.5M氯化錢溶液，測(cè)得溶液的pH為6，V2內(nèi)自來(lái)水pH為7 ;4小時(shí)后測(cè)得，V4端pH值約為8，Vl端為7+，V2內(nèi)溶液的PH值9。說(shuō)明酸性的氯化銨基本被堿性的碳酸銨替代，以石灰水檢測(cè)出有碳酸鈣沉淀，即4hrs完成了 60ml濃度為0.35的氯化銨溶液的轉(zhuǎn)化，膜面積為4.5cm2,因此平均通量?33升 /hr/m2。
[0154]上述實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二，以及下述的實(shí)施例3中，因?yàn)橛邪睔馕龀鎏峁┝祟~外的驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)斷開(kāi)連接Vl和V4連通管的實(shí)驗(yàn)，相當(dāng)于只有V3和V4的裝置結(jié)構(gòu)，證明單純的濃差擴(kuò)散滲析造成的離子交換效應(yīng)也是明顯的，因此可以直接的應(yīng)用于此類有氨氣、二氧化碳?xì)怏w析出的水處理過(guò)程中。
[0155]實(shí)施例3
[0156]用飽和氯化錢溶液作為驅(qū)動(dòng)液，待處理液為0.3M氫氧化鈉溶液并用酸酞染色為紅色。半小時(shí)后連接Vl和V4的透明塑料管(管內(nèi)徑8mm)與V4連接部分中的氫氧化鈉溶液開(kāi)始變化為白色，白色和紅色的界面肉眼觀察清晰，應(yīng)該是銨離子從V3析出，從V4向Vl移動(dòng)，鈉離子被從V4壓縮通過(guò)塑料管逐步經(jīng)Vl再進(jìn)入V2。該塑料管下垂式連接Vl和V4，在連接V4的下垂段，白色和紅色弧形界面的推進(jìn)速度約為每小時(shí)6厘米，估計(jì)是由于銨離子比鈉離子輕，所以銨離子在鈉離子的上方將鈉離子逐步壓入V2。但當(dāng)該界面進(jìn)入塑料管上升段，即與Vl連接端時(shí)，該界面逐步變得不清晰，且模糊的界面的推進(jìn)速度明顯變慢至每小時(shí)?I厘米。說(shuō)明也是由于離子重量的不同，在上升階段，銨離子無(wú)法完全推壓鈉離子上升，銨離子上浮并與鈉離子有更多的混合機(jī)會(huì)，并可能被推入V2，當(dāng)然，這是應(yīng)該避免的現(xiàn)象，避免方法是抬起塑料導(dǎo)管，使銨離子始終在鈉離子的上方。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出各室溶液，放入氫氧化鈉固體，Vl和V4及連接的塑料管內(nèi)的溶液因含有大量的銨離子，而放出大量堿性的氨氣，V2內(nèi)也測(cè)出少量的銨離子。
[0157]以制漿廠黑液替代上述氫氧化鈉溶液，表現(xiàn)出類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)將原始pH值為11的制漿黑液經(jīng)上述方法處理后，所得制漿黑液的PH值變?yōu)?【含氫氧化銨所致】，再將此處理后的黑液進(jìn)行蒸煮析出氨氣，蒸煮后溶液的PH值為7，說(shuō)明原來(lái)黑液中的堿性物質(zhì)被基本脫除了。
[0158]斷開(kāi)Vl和V4之間的連通管，得到上述類似的結(jié)果，說(shuō)明單層膜擴(kuò)散滲析本身的工業(yè)應(yīng)用也是可行的。此時(shí)，由于氨氣、二氧化碳的析出，在保持驅(qū)動(dòng)離子飽和的前提下，驅(qū)動(dòng)離子的濃差幾乎不變，從而始終驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)和交換的離子進(jìn)入驅(qū)動(dòng)液中，并在驅(qū)動(dòng)液中得到濃縮，方便結(jié)晶析出。
[0159]實(shí)施例4
[0160]本實(shí)施例提供一種海水淡化的方法，采用簡(jiǎn)單的擴(kuò)散滲析方法，其包括:
[0161]步驟1、以氯化銨飽和溶液為驅(qū)動(dòng)液，陽(yáng)離子膜為單層擴(kuò)散滲析膜，緩慢流動(dòng)的海水經(jīng)接觸所述的陽(yáng)離子滲析膜滲析后，部分氯化鈉被置換為氯化銨；
[0162]步驟2、以飽和的碳酸銨或飽和的碳酸銨及少量氨水的混合溶液為驅(qū)動(dòng)液，陰離子膜為單層擴(kuò)散滲析膜，使步驟I得到的部分氯化鈉被置換為氯化銨的海水緩慢流動(dòng)地與驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行擴(kuò)散滲析，使部分氯離子被碳酸根離子或碳酸氫根離子置換；
[0163]步驟3、加熱或負(fù)壓下或加熱并同時(shí)施以負(fù)壓下，使步驟2得到的緩慢流動(dòng)的海水中的碳酸銨或碳酸氫銨分解析出，并回收循環(huán)利用，得到的減少了鈉離子和氯離子即氯化鈉含量減少了的海水循環(huán)回步驟1、步驟2、步驟3中繼續(xù)處理，直到海水中的氯化鈉等無(wú)機(jī)鹽基本被分咼出。
[0164]上述過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)液中，濃縮的氯化鈉或氯化銨經(jīng)結(jié)晶分離后或收集處理或循環(huán)使用。
[0165]本實(shí)施例提供的分離裝置及分離方法還可應(yīng)用于分離各種含有溶解于水溶液中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的污水；非電解質(zhì)參與的化學(xué)反應(yīng)中(如有機(jī)物的氧化、鹵化反應(yīng)、磺化、硝化、氨解、水解)，使非電解質(zhì)轉(zhuǎn)化成的電解質(zhì)及產(chǎn)物或副產(chǎn)物中的離子化合物(如氯化氫、水以及廢棄的催化劑)及時(shí)析出，以促進(jìn)非電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為電解質(zhì)，如甲醇的氧化制造甲酸，糖發(fā)酵產(chǎn)物中有機(jī)酸的移除等；以及日常飲用水的凈化；各種含有機(jī)物的混合溶液的脫離子濃縮；代替電滲析脫鹽提純等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溶液中離子的交換和濃縮裝置，其特征在于，其包括:四個(gè)被離子膜分割開(kāi)的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)或陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)； 其中，所述陰離子提取置換用容器系統(tǒng)的第一容器室與第二容器室以陰離子膜分割，第二容器室與第三容器室以陽(yáng)離子膜分割，第三容器室與第四容器室以陰離子膜分割，第四容器室與第一容器室互相連通； 或者，所述陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)的第一容器室與第二容器室以陽(yáng)離子膜分割，第二容器室與第三容器室以陰離子膜分割，第三容器室與第四容器室以陽(yáng)離子膜分割，第四容器室與第一容器室互相連通。2.一種溶液中陽(yáng)離子的交換和濃縮方法，其特征在于，其包括，采用權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)，及以下步驟: 所述驅(qū)動(dòng)液為為高離子濃度的鹽、酸或堿； 在待處理液中獲得陽(yáng)離子被置換或分離提取了的溶液； 在承接液中收集處理對(duì)應(yīng)的來(lái)自待處理溶液中陽(yáng)離子與驅(qū)動(dòng)液中陰離子形成的物質(zhì)。3.一種含堿溶液中堿的脫除方法，其特征在于，其包括有如下步驟: 步驟1、以銨根離子置換溶液中存在的陽(yáng)離子； 步驟2、加熱或同時(shí)以負(fù)壓方式加熱步驟I得到的溶液。4.如權(quán)利要求3所述的含堿溶液中堿的脫除方法，其特征在于，離子的置換可以采用常規(guī)的擴(kuò)散滲析或利用本發(fā)明所述的陽(yáng)離子提取置換用容器系統(tǒng)。5.一種含銨溶液中銨的脫除方法，其特征在于，其包括有如下步驟: 步驟1、以碳酸根或碳酸氫根離子置換溶液中存在的陰離子； 步驟2、加熱或同時(shí)以負(fù)壓方式加熱步驟I得到的溶液。6.如權(quán)利要求5所述的含銨溶液中銨的脫除方法，其特征在于，離子的置換可以采用常規(guī)的擴(kuò)散滲析或利用本發(fā)明所述的陰離子提取置換用容器系統(tǒng)。7.—種海水淡化方法，其特征在于，其包括有如下步驟: 步驟1、以銨根離子置換海水中存在的陽(yáng)離子； 步驟2、以碳酸根離子或碳酸氫根離子置換步驟I得到的海水中的陰離子； 步驟3、加熱或同時(shí)以負(fù)壓方式加熱步驟2得到的海水； 上述步驟I和步驟2的順序可以交換。8.如權(quán)利要求7所述的海水淡化方法，其特征在于，所述的銨根離子來(lái)源于氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、硝酸銨或硫酸銨；所述的碳酸根離子或碳酸氫根離子來(lái)源于碳酸銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀或碳酸鈉。9.如權(quán)利要求7所述的海水淡化方法，其特征在于，離子的置換可以采用常規(guī)的擴(kuò)散滲析或利用本發(fā)明所述的離子提取置換用容器系統(tǒng)。10.一種海水淡化的方法，采用簡(jiǎn)單的擴(kuò)散滲析方法，其特征在于，其包括: 步驟1、以氯化銨飽和溶液為驅(qū)動(dòng)液，陽(yáng)離子膜為單層擴(kuò)散滲析膜，緩慢流動(dòng)的海水經(jīng)接觸所述的陽(yáng)離子滲析膜滲析后，部分氯化鈉被置換為氯化銨； 步驟2、以飽和的碳酸銨或飽和的碳酸銨及少量氨水的混合溶液為驅(qū)動(dòng)液，陰離子膜為單層擴(kuò)散滲析膜，使步驟I得到的部分氯化鈉被置換為氯化銨的海水緩慢流動(dòng)地與驅(qū)動(dòng)液進(jìn)行擴(kuò)散滲析，使部分氯離子被碳酸根離子或碳酸氫根離子置換； 步驟3、加熱或負(fù)壓下或加熱并同時(shí)施以負(fù)壓下，使步驟2得到的緩慢流動(dòng)的海水中的碳酸銨或碳酸氫銨分解析出，并回收循環(huán)利用，得到的減少了鈉離子和氯離子即氯化鈉含量減少了的海水循環(huán)回步驟1、步驟2、步驟3中繼續(xù)處理，直到海水中的氯化鈉等無(wú)機(jī)鹽基本被分離出。
【文檔編號(hào)】B01J47/00GK105983251SQ201510090656
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月16日
【發(fā)明人】秦才東
【申請(qǐng)人】秦才東