Способ обессоливания воды

ОП ЙСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПАГЕНуУ Союз Советских Социалистических Республикнор итет тет по лелем зооретеиии и открытиипри Совете МииистроеСССР УДК 661.183.123 (ОЬЪ,8) Опубликовано 15.Ч,1973, Бюллетень ЛЪ 21Дата опубликования описания 31.И 11.1973 Авторыизобретения Иност урт А, К филлипс ецные Ш анцыаус, Артур Е.и Артур Дж.аты Америки) арцин ковскийор емс С. Джонсон Гарольдявите СПОСОБ ОБЕССОЛИВАНИЯ ависимый от патента М -Изобретение относится к гиперфильтрации или обратцьм осмотическим методам понижения концентрации растворенных в воде вецьеств с низким молекулярным весом, обычно относимых к крнсталлоидам в коллоидной 5 химической литературе, прохождением водного раствора через проницаемую мембрану под давлением.Известен способ обессоливания воды путем ее пропускания под давлением, превышающим 10 осмотическое через специально приготовленную мембрану на основе ацетилцеллюлозы. Однако технология изготовления мембран сложна, а меморацы недостаточно прочны.Предлагается способ обессоливания воды путем ее пропускания под давлением, превышающим осмотическое (по меньшей мере 70,3 кг(слР (1000 фунтовкв. дюй,ч) через поО ристое тело, субстрат, с диаметром пор 30 А - 5 мк, например фарфоровый или металлический (рильтр, пористый уголь, целлофан, с добавкой раствора, эмульсии или суспензиц вец 1 еств; выбранных:из группы, состоящей из органических и неорганических ионообмецников, растворимых полиэлектролитов, водорастворимых солей поливалентных металлов.В процессе фильтрования образуется самовосстанавливающаяся динамическая мембрана, на одной стороне которой (на поверхности раздела со стороны высокого давления) образуется плсцка из добавки, отражающая растворенное вещество, которое немедленно вовлекается в ноток раствора, предотвращая таким образом увеличение концентрации раствора в пограничном слое. Добавки периодически вводятся в гитающую воду и восстанавливают мембрану.В качестве добавок могут быть использоьаны следующие вещества; нейтральные органические полимеры, полиэлектролиты, органи:еские иоцообмеццики, неорганические ионообмонникц и соли поливалентных металлов. Они могут быть применены в виде истинного раствора, эмульсии или суспецзии.Если в качестве добавки используется водонерастворимое вещество, предпочтительно, чтобы диаметр пор был порядка диаметра частиц добавки. В случае водорастворимых добавок размер пор может быть больше размера частиц добавки.Конфигурация и толщина пористого тела могут быть различными и зависят от требований, к цим предъявляемым. Толщина крупнопористого тела может быть достаточной, чтобы обеспечить прочность мембраны без дополнительного упрочнеция ее.Предпочтительными нейтральными органическими веществами являются полимеры высокого молекулярного веса, для которых необязательна высокая растворимость, Растворимость порядка 0,1 мгlл достаточна, хотя несколько более высокая или низкая концентрация может быть желательна в различгцых случаях. В качестве нейтральных органических полимеров могут быть применены поливицилпирролидон, поливиниловый спирт, оксиэтилцеллюлоза, полиакриламид. Любой высокомолекулярный органический полиэлектролит может быть использован как добавка. Типичными полгиэлектролитами, которые могут быть применены, являготся поливинилоепзцлтрпметиламмонийхлорид, сополимеры метилвинилового эфира и малеинового ангидрида, полисульфонаты и поликарбонаты.Любой органический ионообменник в кат 14 онцой или аниоццой форме может быть использован в качестве добавки. Такие цонообменники обладают низкойстесненью связи между цепями, например, оптимальным является количество сшивающего агента 0,5%, Активными группами цоцообменников могут быть сцльцокислотцая, слабокислотцая, сильцоосповпая или слабоосновная.Водорастворимые соли поливалентпых металлов, спосооные к образованию гидрачированных окислов металлов, обладают иоцообменцымц свойствами и применяются в качестве добавок, Такимц соединениями являются соли железа (трехвалентного), циркония, тория, меди и свигнца. К водорастворимым неорганическим соединениям, пригодным как ценные дооавки, относятся глины, представителем: которых является бентоцит. Применение добавок различных классов в разиных комбинациях позволяет получать улучшенные результаты.Дооавки могут быть использованы в следующих комбинациях: оргаццческий иоцообменник либо с полиэлектролитом, имеющим тот же заряд, что и органический цоцообменцик, либо с незаряженным полимером; поли- электролит с незаряженным полимером; неоргавический ионообменгник либо с полиэлектролитом, имеющим тот же заряд, что ц неорганический ионообмецник, либо с незаряженным полимером; способный к гидролизу металл с полцэлектролитом или с незаряженным органическим полимером.Предпочтительная величина рН водной фазы зависит от добавки. Для нейтральных добавок и сильцоосновных или сцльнокислотных ионообменников или полиэлектролитов величина рН не оказывает заметного влияния на объемную скорость потомака и солевое задержание, Значоние рН важно для гидролизуемых добавок и при рН применяемого раствора зависит от кислотцости рассматриваемого иона. Желательно поддерживать величину рН такой, при которой иоц металла гидролизуется, но не осаждается.По предлагаемому способу могут быть обессолены .,морская вода, индустриальная, включая радиоактивные отраоотангные растворы. Желательно учитывать концентрацию растворгецного: в. воде вещества а. также его состав при выборе добавки, Нейтральные добавки могут быть применены при концентра 5 10 15 20 25 50 П0 45 50 55 60 65 ции соли в воде в широком интервале, ионообменные материалы лучше использовать при низкой концентрации солей в воде.Давление, требуемое для проведения процесса сепарации, зависит от нескольких факторов, причем основным является состав раствора и природа мембраны. Давление делжно оыть выше, чем разность между осмотическими давлениями проникающего и питающего растворов, Найдено, что когда давление выше этой разности, возрастает не только скорость протекания обессоливаемой жидкости, но и значение солезадержация, причем до тех пор, пока разность давлений гие будет равна избыточному давлению.Циркуляция раствора за мембраной с достаточно высокой скоростью, поддерживающей концентрацию соли на мембране, близкой к таковой в питающем растворе, или использование турбулентного ускорения будет уменьшать концентрацию поляризации и, таким образом, улучшать солезадержание. Давление ограничено только видом оборудования, а также давлением, которое выдерживает пористый носитель.Добавки могут быть использованы в низких коццецтрациях, гнапример, 0,1 ч. на 1 млц. ч. Концентрация добавки зависит от вида добавки, давления, используемого для проталкивания раствора сквозь мембрану, от размера пор носителя.П р и м е р 1. Пористый носитель готовят вырезанием дисков диаметром 2 см из серебряного фильтра толщиной 40 мк, имеющего поминальный размер пор 0,2 мк, монтажом диска, поддерживаемого пористой металлической фриттой, в аппарат гиперфильтрования. Далее носитель обрабатывают путем пропу- скания через него водного раствора 0,02 М ХаС 1 и 0,002 М ТЬС 4, Раствор такого состава ципкулирует за мембраной под давлением 2200 фунт ца 1 кв, дюйм. Скорость прохождения через мембрану выше 330 галлон на 1 кв. фут в день, солезадержание 90%, Это показывает высокую режекцию в сумме с высокой скоростью пропускания.П р и м е р 2. Через пористый серебрягцый диск, такой же, как в примере 1, предварительно пропускают приготовленный раствор 0,02 М КаС 1 и 0,001 М ТЬС 14 (р 1-1 2 - 3). Жидкость пропускают через мембрану под давлением 100 рва (1 ри=0,07031 кг/см) в начале и 500 ря в конце испытания, Питающий раст. вор 0,025 М КаС, 0,012 М МдС 1, и 0,0001 М Т 1 чС 14 циркулирует за испытуемой мембраной под давлением 400 ря. Скорость прохождения через мембрану 60 галлон гна 1 кв. фут в день 11 галлонквадратный фут=40,75 л/лР (США)1. Общее солезадержание б 8/о, считая на общий хлор; режекция МРС 1 82%, ХаС 1 55%.,П р ц м е р 3. Фарфоровый диск диаметром 2 см и толщиной 1.5 мм с номинальным размером пор 0,5 гмк в диаметре обрабатывают цропускаццем:через него раствора. 0;0075 М .4 аС и 0,012 М Т 11 С 4. Раствор 0,0186 М МаС 1 и 0,0001 М Т 1 чС 14 и циркулирует за диском(м рЦ сГ 1 ч Обессоливаемый рзствор и его молярность Предварительнообрабатывающий раствор и его моляр ностьРедактор Л. Ушакова Корректор А. Степанова Заказ 385 г 1174 Изд, И 539 Тираж 678 Пс дппсчоеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская иаб., д. 45 Тип. Харьк. фил. пред. Патеггт цод давлением 450 ря, Скорость потока черезноситель 100 галлон на 1 кв. цут в день, со",езадержание 76%. П р и м е р 4. Целлофан толщиной 5 0,001 дюйг,гг обрабатывают 0,02 М раствором СцС 1, в течение дня. Затем через мембрану пропускают 0,6 М раствор КаС 1. Режекция соли 75"/е, степень проницаемости 5 галлон на 1 кв. фут в день, Целлофан может быть об работан другими растворами. Ацалогцчцо примеру 4 проводят примеры5 - 10. Результаты приведены в табл, 1.15Таблица 1 Примечание. Носитель - низкой проницаемостью, толщиной Давление 2500 ря.П р и м е р 11. 0,02 М раствор М раствор Т 11 С 14 и 0,002 М раствор бензилтрнметиламмонийхлорида через серебряную фритту под 1000 ря. Солезадержацие 80%. Аналогично примеру 11 лроводят примеры1215 Результаты приведены в табл. 2. П р и м е ч а н и е. Носитель - серебро номинальный диаметр пор 0,2 гяк, добавка 210 4 Т 11 С 114+0,1 огге ПОЛИВИЦИЛПИРРОЛИДОНа. Скорость циркуляции в примере 13 составляет 10% от скорости циркуляции в других примерах. Способ обессоливапия воды путем пропус кания ее через мембрану под давлением, превышающим осмотическое, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве мембраны применяют пористое тело, например фарфоровый илц металлический фильтр, пористый уголь, целлофан, с диаметром пор от 30 А до 5 лгк и в обессоливаемую воду добавляют раствор, эмульсию или суспензию веществ, выбранных из группы, состоящей из оргадических и неорганических иоцообменников, растворимых полиэлектролитов, водорастворимых солей поливалентцых металлов,