PL242127B1 - Moduł elektrodejonizacji z jonitem w formie włóknistej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest moduł elektrodejonizacji wyposażony w komory diluatu, komory koncentratu i komory elektrodowe, w którym komory diluatu, jak i koncentratu, lub tylko komory diluatu, wypełnione są jonitem w formie włóknistej charakteryzuje się tym, że jonit ma formę dzianiny wykonanej z przędzy z włókien jonowymiennych. Dzianina wykonana jest z przędzy mieszanej wytworzonej z włóknistej żywicy jonowymiennej w formie kationowymiennej i anionowymiennej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest moduł elektrodejonizacji z jonitem w formie włóknistej.

Elektrodejonizacja (EDI) jest elektromembranowym procesem separacyjnym, służącym do demineralizacji roztworów wodnych, łączącym elektrodializę i wymianę jonową. Komory diluatu lub wszystkie komory, w zależności od rozwiązania, wypełnione są żywicą jonowymienną (jonitem). EDI w porównaniu z klasyczną wymianą jonową, nie wymaga okresowej regeneracji za pomocą dodatkowych odczynników; regeneracja jonitu następuje wskutek elektrolitycznego rozpadu cząsteczek wody na jony. Dzięki temu proces można prowadzić w sposób ciągły.

Elektrodejonizację przeprowadza się w urządzeniu zwanym modułem elektrodejonizacji. Moduł EDI wyposażony jest w ułożone naprzemiennie membrany jonowymienne: anionowymienne i kationowymienne, rozdzielone tzw. przekładką dystansującą. Membrany kationowymienne zawierają ujemnie naładowane grupy funkcyjne, np. silnie kwasowe grupy sulfonowe, natomiast membrany anionowymienne zawierają grupy funkcyjne naładowane dodatnio, np. silnie zasadowe czwartorzędowe grupy amoniowe. Pakiet membran, zawierający do kilkuset par membran, gdzie przez parę membran rozumie się zespół: membrana anionowymienna - przekładka dystansująca - membrana kationowymienna przekładka dystansująca, umieszczony jest między elektrodami, znajdującymi się w tzw. komorach elektrodowych. Komory elektrodowe zasilane są roztworem elektrolitu. W wyniku napięcia przyłożonego do elektrod: anody i katody, w module EDI wytwarzane jest pole elektryczne. Substancje zjonizowane, zawarte w wodzie zasilającej, wprowadzonej w przestrzenie międzymembranowe (komory), wyznaczone przez przekładki dystansujące, podlegają migracji w polu elektrycznym, czyli tzw. elektromigracji, i przenoszone są, selektywnie, przez membrany. W wyniku elektromigracji i transportu jonów przez membrany w jednych komorach, w tzw. komorach diluatu, następuje zmniejszenie stężenia soli a w drugich, naprzemiennie ułożonych komorach koncentratu, następuje zwiększenie stężenia soli. Z roztworu zasilającego (nadawy) powstają dwa strumienie - strumień diluatu, w większości pozbawiony jonów oraz strumień koncentratu, czyli roztwór, w którym jony zostały zatężone. Wypełnienie komory diluatu jonitem zwiększa przewodnictwo tej komory i ułatwia transport jonów w kierunku membrany. W początkowej części komory diluatu, licząc od jego wlotu, jony, zawarte w wodzie zasilającej, poruszają się po powierzchni jonitu. W dalszej części, gdzie stężenie jonów jest już bardzo małe, następuje rozkład wody na jony oksoniowe i wodorotlenowe, które regenerują jonit.

Jonit w module EDI stosowany jest w formie ziarnistej, włóknistej lub sprasowanej, tak zwanej „Wafer Resin”.

Z literatury znane jest zastosowanie wypełnienia komór diluatu modułu EDI tkaniną z włókien modyfikowanych promieniowaniem ultrafioletowym (KR100542297B1, Ultraviolet irradiation grafted ionexchange textile and its preparing method for electrodeionization equipment). Zastosowanie jonitu w formie tkaniny, zamiast w formie ziarnistej, ułatwia montaż modułu.

Z literatury znane jest zastosowanie wypełnienia komór diluatu modułu EDI tkaniną z włókien z kopolimeru szczepionego (KR100454093B1, Ion exchange textile for electrodeionization process).

W innym rozwiązaniu zastosowano żywicę jonowymienną w formie tkaniny, wykonanej tzw. splotem płóciennym z przędzy jonowymiennej, oraz w formie włókniny uformowanej z włókien kationoi anionowymiennych (US5308467A, Electrically regenerable demineralizing apparatus). W splocie płóciennym wielkość przeplotu osnowy i wątku jest taka sama. Przędza, z włókien anionowymiennych pełni rolę osnowy a przędza z włókien kationowymiennych rolę wątku.

W innym rozwiązaniu (US 5512173 Demineralization apparatus and cloth for packing diluting chamber of the demineralization apparatus) komora diluatu zawiera tkaninę składającą się z mieszaniny silnie kwaśnych włókien kationowymiennych, silnie zasadowych włókien anionowymiennych i jonowo nieaktywnych włókien syntetycznych. Korzystne jest aby, aby mieszanina zawierała od 20 do 70% masy jonowo nieaktywnych włókien syntetycznych.

W innym rozwiązaniu (US 6241867 B1 Electrodeionization apparatus and packing therefor) zastosowano elementy makro strukturalne w postaci włókien pojedynczych, które są porowate (np. zawierają cząstki jako mikroelementy spajane przez spoiwo) lub przędzy, składającej się z wielu włókien. W obu tych przypadkach pomiędzy mikroelementami występują mikroprzestrzenie, a między splotami przędzy makroprzestrzenie.

Przedmiotem wynalazku jest moduł elektrodejonizacji z jonitem w formie włóknistej.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że komory diluatu, jak i koncentratu, lub tylko komory diluatu, wypełnione są jonitem w formie dzianiny wykonanej z przędzy z włókien jonowymiennych.

Korzystne jest gdy dzianina wykonana jest z przędzy mieszanej wykonanej z włóknistej żywicy jonowymiennej w formie kationowymiennej i anionowymiennej.

Dzianina wykonana jest z przędzy, uzyskanej z mieszaniny jonitu włóknistego silnie kwaśnego i silnie zasadowego w proporcji korzystnie odpowiednio od 40%-60% do 60%-40%.

Korzystne jest gdy dzianina wykonana jest z przędzy z włóknistej żywicy jonowymiennej w formie kationowymiennej lub anionowymiennej.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest duża liczba miejsc styku anionitu i kationitu, wynikająca z gęstego upakowania włókien o małej średnicy. W miejscach tych następuje rozkład wody na jony oksoniowe i wodorotlenowe, regenerujące jonit. Dzięki temu uzyskuje się dużą skuteczność demineralizacji przy małym spadku napięcia na parze membran modułu elektrodejonizacji i małej gęstości prądu.

Wynalazek został przedstawiony na rysunku na którym fig. 1 przedstawia schemat modułu EDI wyposażonego w jedną komorę diluatu, jedną komorę koncentratu i dwie komory elektrodowe, fig. 2 przedstawia dziadzinę o „ściegu gładkim prawym”.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania.

Fig. 1 przedstawia schemat modułu EDI wyposażonego w jedną komorę diluatu, jedną komorę koncentratu i dwie komory elektrodowe. Szerokość każdej z komór wynosi 70 mm a długość 240 mm. Jako membrany jonowymienne zastosowano membrany lonsep AM-A i AM-C. Trzy pionowe kreski oznaczają sondy do pomiaru spadku napięcia. Komorę diluatu, o grubości 3 mm, wypełniono dzianiną, wytworzoną w technologii „ścieg gładki prawy” (Fig. 2). Dzianina, została wykonana z przędzy, do której materiał wytworzony został metodą zgrzeblenia jako mieszanina jonitu włóknistego silnie kwaśnego Fiban-K1 i silnie zasadowego Fiban-A1 w proporcji 55% do 45% co, przy uwzględnieniu różnicy w pojemności jonowymiennej kationitu i anionitu, daje w mieszaninie proporcję pojemności kationo- i anionowymiennej 1:1. Masa powierzchniowa dzianiny wynosi 820 g/m². W komorze koncentratu oraz w komorach elektrodowych zastosowano włókninę mieszaną, o grubości 1 mm i masie powierzchniowej 360 g/m², wytworzoną metodą igłowania. Moduł, zarówno komorę diluatu jak i koncentratu oraz elektrodowe, zasilano roztworem siarczanu sodu o przewodnictwie 35 μS/cm. Liniowa prędkość przepływu diluatu wynosiła 0,8 cm/s (6,0 dm³/h). Sumaryczne natężenie przepływu w pozostałych komorach: 0,54 dm³/h. Roztwór odbierany z pozostałych komór traktowany był jako koncentrat. Uzyskano produkt (diluat) o przewodnictwie 0,068 μS/cm przy gęstości prądu 71 A/m² i spadku napięcia na parze membran 8,1 V). Dla porównania w komorze diluatu zastosowano włókninę z żywicy mieszanej silnie kwaśnej Fiban-K1 i silnie zasadowej Fiban-A1, uzyskanej przez igłowanie, o grubości 3 mm i masie powierzchniowej dzianiny wynosi 680 g/m². W tym przypadku uzyskano produkt o przewodnictwie 0,2 μS/cm przy dużej gęstości prądu (150 A/m²) i dużym spadku napięcia na parze membran (18 V).

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Moduł elektrodejonizacji z jonitem w formie włóknistej, wyposażony w komory diluatu, komory koncentratu i komory elektrodowe, w którym komory diluatu, jak i koncentratu, lub tylko komory diluatu, wypełnione są jonitem w formie włóknistej znamienny tym, że jonit ma formę dzianiny wykonanej z przędzy z włókien jonowymiennych.
2. 2. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że dzianina wykonana jest z przędzy mieszanej wytworzonej z włóknistej żywicy jonowymiennej w formie kationowymiennej i anionowymiennej.
3. 3. Moduł według zastrz. 1, znamienny tym, że dzianina wykonana jest z przędzy, uzyskanej z mieszaniny jonitu włóknistego silnie kwaśnego i silnie zasadowego w proporcji korzystnie odpowiednio od 40%-60% do 60%-40%.