利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，包括由正渗透膜分隔的原料液组件和水凝胶汲取液组件、汲取液侧导热组件、汲取液侧温控组件与汲取液侧净水收集口。温敏水凝胶在特定温度范围内具有亲水溶胀(高渗透压)特性，可用作正渗透汲取液。高温或低温条件下，水凝胶可转变为疏水消溶胀(低渗透压)特性，可用作汲取液再生并产生净水。温敏水凝胶汲取液可通过不同合成方法制备出不同的组分与形态，可作为填充物或基材整合入其它体系。此装置包括：阶段模式(分别正渗透与汲取液再生)与同步模式(同时正渗透与汲取液再生)。水凝胶汲取液除水可利用不同的温度调节方式。此模块化装置可用于即时净水生成。生成。生成。

【技术实现步骤摘要】
利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置


[0001]本专利技术涉及正渗透工艺
，具体涉及一种利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置。

技术介绍

[0002]正渗透是一种膜技术，此工艺利用膜两侧的渗透压差(驱动力)只使水分子从渗透压较低的原料液侧透过膜传输到渗透压较高的汲取液侧，过程中达到原料液的除水或预浓缩功能。(图1)
[0003]汲取液材料可根据不同原料液浓缩程度需求采用不同的材料，例如：多元醇、无机盐、离子液体、水凝胶等。正渗透的应用包括废水处理、海水淡化、也可预浓缩饮料、药用化合物以及生物分子。与反渗透比较，正渗透除了更低的设备成本，也无需巨大的水压(低压降低膜污化所导致的堵塞)，膜污染层也可更轻易地被去除而延长膜使用寿命(US9687788B2)。
[0004]汲取液是实现高正渗透效率(即高水通量)和高经济效益的关键组分。除了提供高渗透压外，理想汲取液需对外部刺激具有响应性，这有助于在不同外部条件调控下达到汲取液再生及重复使用，同时产生净水。
[0005]水凝胶汲取液不具有反向渗透的问题，应用方式包括涂步于膜表面或直接在正渗透膜上官能化。(US 2016/0082391 A1)然而，水凝胶与正渗透膜的界面紧密结合一般需要复杂的化学或工艺。除此之外，如欲更换或再生水凝胶汲取液也需要繁琐的步骤。
[0006]现有的温敏水凝胶汲取液包括聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)、聚甲基丙烯酸N,N
‑
二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(Pluronics)、功能化水凝胶(壳聚糖，纤维素，蛋白质等)、离子液体凝胶等。(AU 2015237315 B2)目前这方面的研究局限于个别水凝胶配方与正渗透水通量的提高，缺乏相关如何把水凝胶类汲取液用于实际操作的研究。
[0007]碳酸氢铵作为汲取液可以通过加热到65℃分解成二氧化碳和铵的方式来回收，但该方法存在严重汲取液溶质逆向扩散和产水中残留铵的缺点(US9433901B2)。相关文献也报导过水凝胶放入多孔泡沫类聚合物的复合材料作为汲取介质的工作(WO2017045114A1)。然而，这种复合材料需要特殊制备的微凝胶，且需要确保微凝胶与泡沫聚合物的界面兼容性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种温敏水凝胶正渗透及汲取液再生模块化装置。
[0009]本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0010]一种利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，用于不同规
模的即时净水生成，所述再生模块化装置包括依次连接的原料液组件1、水凝胶汲取液组件3、汲取液侧导热组件5和汲取液侧温控组件6，其中，原料液组件1和水凝胶汲取液组件3之间设置有正渗透膜2分隔，所述水凝胶汲取液组件3的底部设置有汲取液侧净水收集口4；
[0011]所述水凝胶汲取液组件3用于填装水凝胶汲取液，正渗透运行时可为开启或密封状态；
[0012]所述汲取液侧导热组件5导热予水凝胶汲取液；
[0013]所述温敏水凝胶具有低临界溶液温度(LCST)或高临界溶液温度(UCST)，可通过温度调控达到亲水溶胀(用作正渗透汲取液)或疏水消溶胀(用作汲取液再生)的状态转换；所述亲水溶胀的状态用作正渗透汲取液，所述疏水消溶胀的状态用作汲取液再生，并产生净水。
[0014]进一步地，所述原料液组件1、水凝胶汲取液组件3、汲取液侧导热组件5和汲取液侧温控组件6的材料为金属、塑料和陶瓷中的一种或多种组合。不同材料选择考量除了来自于成本，也与原料液特性(例如酸碱度、腐蚀性)及运行参数(例如温度)相关。
[0015]进一步地，所述原料液组件1、水凝胶汲取液组件3、汲取液侧导热组件5和汲取液侧温控组件6基于不同装置规模通过不同方式整合，例如但不局限于：夹钳、螺栓拧紧、管道连接等。组件也可设计为撬装设备。
[0016]进一步地，该温敏水凝胶正渗透及汲取液再生模块化装置可单独使用或整合入更复杂材料体系、装置、或工艺流程。此灵活性在正渗透与其他浓缩工艺共同使用时尤其重要。
[0017]进一步地，根据处理量和浓缩程度的需求，所述原料液组件1中待浓缩原料液可为批次、连续、或循环处理方式。
[0018]进一步地，所述水凝胶汲取液组件3用于填装水凝胶汲取液，可设计为不同形状、体积、水凝胶装填方式，正渗透运行时可为开启或密封状态。开启状态下，汲取液再生过程中蒸发的净水可通过其他工艺回收。
[0019]进一步地，所述汲取液侧净水收集口4为开口，可利用但不局限于网状开口，可让由水凝胶汲取液再生除水后的净水流出以收集。收集方式可不包括外力辅助(利用重力流动)或包括外力辅助(例如利用真空)。
[0020]进一步地，所述汲取液侧导热组件5可导热于水凝胶汲取液，导热方式例如但不局限于：金属板，平板膜，网状膜等。
[0021]进一步地，所述温敏水凝胶能以不同形态(单一或多种形态)运用于此装置水凝胶汲取液组件3，例如但不局限于：粉末状(小于5毫米且大于1微米)、整体状(平板或块材)(大于5毫米)、微凝胶状(小于一微米)等。溶胀程度从2到1000倍。
[0022]进一步地，所述温敏水凝胶成分可为但不局限于聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)、聚甲基丙烯酸N,N
‑
二甲基氨基乙酯(PDMAEMA)、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(Pluronics)、功能化水凝胶(壳聚糖，纤维素，蛋白质等)、离子液体凝胶等。
[0023]进一步地，所述温敏水凝胶可直接通过化学或物理方式与正渗透膜2整合，亦可不牵涉正渗透膜的情况下单独合成。此合成方式无需牵涉复杂正渗透膜改性工序，也不受限于膜与水凝胶界面的物理或化学兼容性问题。
[0024]进一步地，所述温敏水凝胶汲取液可以用作填充物或基材形态整合入不同体系，
例如但不局限于复合材料的填充物或基材，或与其他低渗透压或高渗透压材料或模板体系整合，以此通过增进毛细现象、增加界面表面积等方式提高正渗透及除水效率。
[0025]进一步地，所述汲取液侧温控组件6可通过不同的冷却方式(
‑
50℃到室温)通过汲取液侧导热组件5与水凝胶汲取液接触达到除水目的，冷却方式例如但不局限于：冷却板、冷空气、冷水循环、热电效应等方式。
[0026]进一步地，所述汲取液侧温控组件6可通过不同的加热方式(室温到300℃)通过汲取液侧导热组件5与水凝胶汲取液接触达到除水目的，加热方式例如但不局限于：加热板、热空气、热水循环、焦耳加热、热电效应等方式。
[0027]进一步地，所述再生模块化装置包括阶段模式或者同步模式下运作，其中，所述阶段模式下，初始只运行正渗透机制，水凝胶槽内的水凝胶汲取液在吸水溶胀的状态下，正渗透结束后开始调节温度让水凝胶除水再生；所述同步模式下，同时运行正渗透与水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，用于不同规模的即时净水生成，其特征在于，所述再生模块化装置包括依次连接的原料液组件(1)、水凝胶汲取液组件(3)、汲取液侧导热组件(5)和汲取液侧温控组件(6)，其中，所述原料液组件(1)和水凝胶汲取液组件(3)之间设置有正渗透膜(2)进行分隔，所述水凝胶汲取液组件(3)的底部设置有汲取液侧净水收集口(4)；所述水凝胶汲取液组件(3)用于填装水凝胶汲取液，正渗透运行时为开启或密封状态；所述汲取液侧导热组件(5)导热予水凝胶汲取液；所述温敏水凝胶具有低临界溶液温度或高临界溶液温度，通过温度调控达到亲水溶胀或疏水消溶胀的状态转换；其中，所述亲水溶胀的状态用作正渗透汲取液，所述疏水消溶胀的状态用作汲取液再生，并产生净水。2.根据权利要求1所述的利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，其特征在于，所述原料液组件(1)、水凝胶汲取液组件(3)、汲取液侧导热组件(5)和汲取液侧温控组件(6)的材料为金属、塑料和陶瓷中的一种或多种组合；所述原料液组件(1)、水凝胶汲取液组件(3)、汲取液侧导热组件(5)和汲取液侧温控组件(6)通过夹钳、螺栓拧紧和管道中的一种或多种组合方式进行连接。3.根据权利要求1所述的利用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，其特征在于，所述原料液组件(1)中待浓缩原料液为批次、连续、或循环处理方式。4.根据权利要求1所述的用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，其特征在于，所述汲取液侧净水收集口(4)为网状开口，让由水凝胶汲取液再生除水后的净水流出以收集，所述收集的方式包括利用重力流动或者利用气压差。5.根据权利要求1所述的用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，其特征在于，所述汲取液侧导热组件(5)的导热方式包括金属板、平板膜和网状膜中的一种或多种组合。6.根据权利要求1所述的用温敏水凝胶作为汲取液的正渗透及汲取液再生模块化装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓，梁颖南，王耀清，
申请(专利权)人：中新国际联合研究院，
类型：发明
国别省市：