[发明专利]正渗透分离方法、聚苯乙烯磺酸钠的应用及回收方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及一种正渗透分离方法、聚苯乙烯磺酸钠的应用及回收方法。

背景技术

作为一种低能耗、低污染、高截留率的新兴技术，正渗透(Forward Osmosis,FO)近年来已引起了研究者的普遍关注。它利用自然界普遍存在的渗透压差，通过半透膜将原料液侧的水汲取到汲取液一侧，然后通过一定的技术手段将产品水从稀释的汲取液中分离出来。

FO技术在海水/苦咸水脱盐、工业废水、污水资源化、食品加工，动力发电等领域具有潜在的应用价值。FO膜和汲取液是正渗透过程的两大核心，许多人致力于FO膜的开发研究，对合适汲取液的选取及回收方法却鲜有关注。FO过程中汲取溶质的反向渗透以及将汲取溶质从稀释的汲取液中回收再利用过程产生的高能耗是制约整个FO技术发展的主要问题。

理想的汲取溶质应具有以下特点：(1)高渗透压，因而可以产生高水通量；(2)极小的反向溶质通量；(3)易于从稀释的汲取液中回收再利用。此外，它应是无毒的，低成本的，而且与FO膜具有兼容性。

近年来，一些研究者致力于无机盐离子汲取溶质的研究，比如碳酸氢铵、化肥、磁性纳米粒子等。碳酸氢铵一直被认为是最理想的汲取溶质，因为它具有较高的渗透压以及相对较容易的回收方法，然而，回收方法中能耗较大，而且其痕量的残留或许都会破坏产品水的口感。肥料是最近比较热门的汲取溶质，因为FO过程后被稀释的汲取液肥料可以直接用于农田灌溉，而不需要再回收，但是仅限于农业生产时它才会比较划算。可以产生高渗透压的磁纳米离子近年来也被发现可以用于汲取溶质，通过热磁分离技术对磁纳米粒子进行高效回收具有明显优势，但是回收过程中纳米粒子易于团聚，而且合成磁纳米粒子的过程较复杂。

另外，由于回收过程中的低能耗，具有刺激相应的聚合物水凝胶汲取溶质得到了广泛研究，但水通量较低。一系列其他可能的潜在汲取溶质，包括有机离子盐、有机化合物也得到了研究，但他们在高渗透压及易回收之间存在着权衡。

为了克服汲取溶质普遍存在的渗透压低、易反渗，回收成本高等缺点，目前市场急需开发一种渗透压高、不易反渗、经济易回收的汲取溶质，以促进正渗透技术的发展。

发明内容

本发明提供一种正渗透分离方法、聚苯乙烯磺酸钠的应用及回收方法，以解决现有技术中汲取溶质普遍存在的渗透压低、易反渗，回收成本高等的技术问题。

本发明提供了一种聚合电解质，即聚苯乙烯磺酸钠(Poly(sodium4-styrensesulfonate)，PSS)作为一种新型的汲取溶质，并提供了采用低压超滤、纳滤或反渗透技术对FO过程后稀释的汲取液中的PSS进行回收，经济简便，易于操作。

作为本发明的第一方面，本发明涉及聚苯乙烯磺酸钠的应用，其将聚苯乙烯磺酸钠应用于正渗透过程中作为汲取溶质。

优选地，所述聚苯乙烯磺酸钠的结构为线性、和/或梳形、和/或星形、和/或树枝状、和/或超支化、和/或环状。

优选地，所述聚苯乙烯磺酸钠的浓度为1-5000g·L^-1。例如，浓度可以是1、或500、或1000、或5000g·L^-1等。

优选地，所述聚苯乙烯磺酸钠的分子量为1万-2000万。优选地，可以为1万、或100万、或2000万等。

本发明还提供了一种聚苯乙烯磺酸钠汲取液的回收方法，使用超滤、纳滤或反渗透系统从经过稀释的聚苯乙烯磺酸钠汲取液中浓缩回收聚苯乙烯磺酸钠汲取溶质。

优选地，所述浓缩回收是在0.1MPa-1.0MPa压力下进行的。例如，当采用超滤时，浓缩回收在0.1MPa下进行，当采用纳滤时，浓缩回收在0.7MPa下进行，当采用反渗透时，浓缩回收在1.0MPa下进行。

本发明还提供了一种正渗透分离方法，其特征在于，包括：在半透膜的一侧引入原料液；在所述半透膜的另一侧引入聚苯乙烯磺酸溶液作为汲取液；利用渗透压差将所述原料液一侧的水汲取到所述汲取液中；将所述汲取液中汲取的水分离。

优选地，所述原料液为市政污水、或果汁饮料、或垃圾渗滤液、或工业废水、或海水、或生活污水。

在FO通量相差不大的情况下，聚合电解质的反向盐通量明显小于无机盐。这是因为PSS为离子型聚合物，一方面可以电离产生较大的渗透压，从而产生较高水通量；另一方面，聚合物大分子结构不利于离子从汲取液反渗进入原料液，因而反向盐通量较低。因此，聚苯乙烯磺酸钠是正渗透汲取液理想的选择。