[发明专利]用于脱盐的阴离子纳米颗粒体系及其方法

说明书

本发明主题提供了一种基于纳米颗粒的脱盐体系及其脱盐方法。本主题提供了一种纳米颗粒体系，其具有核和涂覆在所述核上的带负电荷的物质。所述纳米颗粒体系的pH值小于所述带负电荷的物质的pKa值。所述纳米颗粒体系构成为使得带正电荷的离子从流出液中脱盐。

技术领域

本发明主题通常涉及纳米颗粒体系。更具体地说，所述主题涉及涂覆的阴离子纳米颗粒体系。甚至更具体地说，所述主题涉及用于脱盐的阴离子纳米颗粒体系和脱盐方法。

背景技术

尽管有地球上有丰富的水的事实，但只有小比例的水是人类可以利用的形式。在世界许多地方，当地的水需求超过了传统的水资源能力。因此，不仅需要努力确保水的合理使用，还需要努力将废水转化为可用水。更经济地使用水、减少分配损失和提高再循环水的使用可以有助于解决需求供给的不平衡。

水的再循环的挑战之一是脱盐。传统的脱盐工艺通常利用热、机械、电和化学特性中的一种或多种用于脱盐。例如，蒸发和结晶主要利用热特性，而过滤、反渗透、正渗透则主要利用机械特性。类似地，电渗析和离子交换可以采用电和化学特性的组合。这些技术大多具有其本身的局限性，如成本和复杂性、可扩展性(scalability)、效率、经济可行性等。

本发明主题解决这些问题，并提供了解决方案，所述方案不仅可用于回收工业废弃物，而且还可从海水、半咸水等产生淡水。

发明内容

本发明主题提供了上述问题和其他问题的解决方案。本发明主题提供了用于脱盐的阴离子纳米颗粒体系及其脱盐方法。基于纳米颗粒的脱盐体系所面临的一些问题是：效率低；脱盐品质差；高的时间和重复的要求。这类限制的原因之一是纳米颗粒的带电能力以及与提高带电能力所需的工艺有关的问题。一般而言，提高带电能力的工艺固有地需要在纳米颗粒体系中加入杂质，这对于脱盐工艺来说是适得其反的。本发明主题通过可控地提高纳米颗粒的带电能力同时确保所产生的纳米颗粒体系而提供了对于至少这些限制的解决方案，也显著改善了脱盐工艺。本发明主题不仅能够脱盐，而且还提供了纳米颗粒体系的简单再循环性，从而提供了有效、经济有效且对工业应用感兴趣的解决方案。

根据一个方面，本发明主题提供一种基于纳米颗粒的脱盐体系，其包括：具有核和涂覆在所述核上的带负电荷的物质的纳米颗粒体系，其中所述纳米颗粒体系的pH值小于所述带负电荷的物质的至少一个pKa值，且所述纳米颗粒体系构成为使得带正电荷的离子从流出液中脱盐。根据一个实施方案，所述核包括过渡元素、第二族元素、第三族元素、第四族元素和第五族元素中的任意一种或多种。根据第二实施方案，所述核为含金属的核，所述含金属的核包括金属氧化物核、铁核和铁氧化物核。根据第三实施方案，所述带负电荷的物质选自聚羧酸、聚磺酸。根据第四实施方案，所述带负电荷的物质为腐殖酸(humic acid)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)、柠檬酸中的任意一种或多种。根据第四实施方案，所述纳米颗粒体系的尺寸为小于100微米。根据第五实施方案，所述纳米颗粒体系的尺寸在20nm-10微米之间。根据第六实施方案，所述纳米颗粒体系为溶液、浆料、糊剂、固体和粉末中的任意一种的形式。根据第七实施方案，所述纳米颗粒体系的pH值低于7且低于所述带负电荷的物质的最低pKa值。根据第八实施方案，所述核涂覆有稳定剂。根据第九实施方案，所述稳定剂为聚合物、表面活性剂、还原剂、和螯合剂中的任意一种。根据第十实施方案，所述稳定剂为葡聚糖(dextran)或聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。根据第十一实施方案，所述流出液具有带正电荷的离子。根据第十二实施方案，所述带负电荷的纳米颗粒与存在于所述流出液中的带正电荷的离子结合而引起脱盐。