[发明专利]一种半透双极膜电渗析分离氘的方法

说明书

本发明公开了一种半透双极膜电渗析分离氘的方法，利用水中氘(D)的相比于氢(H)不易电离的天然特性，通过半透双极膜的单向透水性和离子选择透过性，应用电渗析原理，在电场的作用下，对水中的氘(D)进行分离与浓缩，同时备制可以饮用的低氘水。与现有技术相比，本发明可以以更低的能耗，更加廉价的设备，更加绿色环保方式对水中氘(D)进行分离与浓缩，并且同时生产出纯净的低氘水。

技术领域

本发明涉及应用双极膜电渗析分离氘的技术领域，具体为一种半透双极膜电渗析分离氘的方法。

背景技术

自然界中氢元素(H)的同位素氘(D)以约150ppm(百万分之一)的浓度广泛分布于水中，即以重水(分子式HDO或D₂O)的形态存在于自然界的水中。氘(D)是核工业中重要的原材料，同时将水中的重水分离后产生的低氘水(氘(D)含量低于145ppm)是更加理想的饮用水，所以氘的浓缩和低氘水的备制有很高的实际价值。

目前对水中氘(D)分离与低氘水的备制主要通过以下三种途径实现：1)电解水法；2)真空反复蒸馏法；3)化学置换法。其中第一种方法分离效果最好，但是能耗极高，而且设备费用很高；第二种方法除了能耗高之外，氘(D)分离效果不是很好；第三种方法会对分离后的水和环境造成污染，不能饮用，后期处理复杂。

申请号为CN201710341585.7的发明专利公开了一种制备多种浓度低氘水的精馏工艺系统，包括氮气供气系统、原料水供应系统、第一水精馏系统、第一氘水收集系统、第一换热系统、第一监测控制系统、第二水精馏系统、第二氘水收集系统、第二换热系统、第二监测控制系统、第三水精馏系统、第三氘水收集系统、第三换热系统、第三监测控制系统。本发明还提供了该精馏工艺系统的实现方法。该发明逻辑严谨、设计完备，可提高氢氘分离效率，并提供满足不同需求的浓度的低氘水。但其结构相对复杂，设备成本及能耗高，无法通过简单操作实现。

所以目前需要一种可以简单操作，且造价低、环保性及生产效率高的分离氘的方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种半透双极膜电渗析分离氘的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。该方法操作简单，效率高，所需设备造价低、能耗低，并且以绿色环保的方式对水中氘(D)进行分离与浓缩，同时生产出纯净的低氘水。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种半透双极膜电渗析分离氘的方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过透水率不同的阴、阳离子膜由右至左复合成型制作阴极半透双极膜和阳极半透双极膜；

步骤S2：将上述阳极半透双极膜与阴极半透双极膜在电渗析器腔体内交替排列，形成由设置于两端的阴极极液腔、阳极极液腔及设置于其间交替排列的若干低氘水腔与重水腔组成的电渗析器，其中重水腔两侧均连接有低氘水腔，其与左侧低氘水腔通过阴极半透双极膜连接，与右侧的低氘水腔通过阳极半透双极膜连接，左端低氘水腔的左侧与阴极极液腔通过阳极半透双极膜连接，右端低氘水腔的右侧与阳极极液腔通过阴极半透双极膜连接，阴极极液腔左侧安装电阴极板，阳极极液腔右侧安装电阳极板；

步骤S3：从各腔体底部进水口通入普通水，使各腔体内形成水环境，并在两电极板之间施加一定电压，并使重水腔水压高于低氘水腔一定值，则重水腔中的水将不断渗入两侧的阴、阳极半透双极膜并水解为H⁺和OH^-离子，并各自通过阴、阳半透双极膜进入左右两侧的低氘水腔重新组成无氘水并从其顶部出水口排出，而水中的重水(D₂O)和半重水(HDO)最终从重水腔顶部出水口被排出。

进一步地，所述阴极半透双极膜制作过程中采用对阴离子膜打孔的方式或者选用亲水高分子材料以提高其阴离子膜的透水性，并与普通的阳离子膜复合成型制作出阴极半透双极膜，对应的，所述阳极半透双极膜制作过程中采用对阳离子膜打孔的方式或者选用亲水高分子材料以提高阳离子膜的透水性，并与普通的阴离子膜复合成型制作出阳极半透双极膜。