CN108114599A - 一种基于盐差能驱动生产酸碱的反向电渗析耦合双极膜***及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于盐差能驱动生产酸碱的反向电渗析耦合双极膜***及其生产方法，具体的说，是在不外加电源情况下，利用不同浓度盐溶液通入反向电渗析腔室，其产生的势能差可驱动双极膜发生水解离产生质子和氢氧根离子，即可在双极膜两侧的腔室内分别产生酸、碱。本发明的***能高效的利用离子迁移产生的电势差直接进行酸碱生产，不需要能源的储存与转化***，降低过程能量损失，通过调节操作参数可以实现在生产酸碱的同时又可产能，且工艺简单，无需外加能源(泵送流体除外)、无污染，产酸碱效率高。
Description
技术领域
本发明属于酸、碱制备及可持续能源技术领域，具体涉及到一种利用盐差能为直接推动力，通过反向电渗析驱动双极膜进行水解离制备酸、碱的新方法。
背景技术
双极膜是一种新型的离子交换复合膜，其通常是由阳离子交换层、界面层和阴离子交换层复合而成。在直流电场作用下，双极膜可进行水解离，在膜两侧分别得到质子和氢氧根离子。利用双极膜的特点，将其与其他离子交换膜组合，能在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为相应的酸和碱，从而降低对于环境的污染，同时减少了过程成本。因此，双极膜技术广泛的应用于卤水脱盐、超纯水制备、水污染控制以及废水资源化等过程中。
反向电渗析是一种将蕴藏在卤水中的盐差能进行能量转化的有效技术，通常来讲反向电渗析由重复交替叠加的阴、阳离子交换膜组成，相邻的两膜之间交替通入卤水与河水，形成依次排布的浓溶液室和淡溶液室。当两端阳极和阴极连接负载，并组成一个完整的回路时，在浓度差推动下，利用离子交换膜的选择性透过性，浓溶液室中的阴、阳离子分别透过阴、阳离子交换膜，并迁移至淡溶液室，从而形成定向离子迁移的内电流，再通过阴、阳极的电化学反应，即可将离子迁移的内电流转化为电子迁移的外电路电流，对负载供电。作为一种新型的可再生能源技术，与其它可再生能源一样同样面临着稳定输出的问题，传统的反向电渗析技术受到气候环境、季节以及地理位置的影响，其产生的电能无法直接并入电网应用，需要引入进一步的转化技术，将盐产能以电能或者其他能量形式进行储存，如文献[1]报道了一种利用液流电池与反向电渗析技术结合，将盐差能转化为电能并进行存贮的技术，文献[2]报道了一种将反向电渗析与碱性电解槽联通，将盐差能转化为氢能从而实现能量储存的技术；专利CN 201710483766.3报道了一种利用反向电渗析技术，通过优化电解液，将盐产能直接转化为氢能的技术。
本发明向反向电渗析膜堆中装配以双极膜，在盐差能产生的电势推动作用下，驱动双极膜发生水解离，将卤水中的盐转化为酸和碱的副产品。该过程直接将盐差能转化产生酸碱，可减少过程能量损失，同时，通过调节操作参数可以实现在生产酸碱的同时又可产能，且工艺简单，无需外加能源、清洁无污染，产酸碱效率高。
参考文献：
[1]X.Zhu,T.Kim,M.Rahimi,et al.Integrating Reverse-ElectrodialysisStacks with Flow Batteries for Improved Energy Recovery from SalinityGradients and Energy Storage.ChemSusChem,2017,10:797-803.
[2]R.A.Tufa,E.Rugiero,D.Chanda,et al.Salinity gradient power-reverseelectrodialysis and alkaline polymer electrolyte water electrolysis forhydrogen production.Journal of Membrane Science,2016,514:155-164.
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种基于盐差能驱动生产酸碱的反向电渗析耦合双极膜***及其生产方法。
本发明基于一种可持续清洁能源-盐差能，利用反向电渗析耦合双极膜膜堆，在膜堆中反向电渗析部分将膜两侧不同浓度的盐溶液的化学势能转化，并直接作用在膜堆中双极膜部分，使双极膜发生水解离产生质子和氢氧根离子，再结合反向电渗析耦合双极膜膜堆中的离子流体流动形成酸和碱。因此，本发明中所述的利用反向电渗析为手段，结合双极膜水解离***，利用盐差能来直接制备酸碱的双极膜反向电渗析方法能高效的利用离子迁移产生的电势差进行酸碱生产，不需要能源的储存与转化***，降低过程能量损失，通过调节操作参数可以实现在生产酸碱的同时又可产能，且工艺简单，无需外加能源(泵送流体除外)、无污染，产酸碱效率高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明首先公开了一种基于盐差能驱动生产酸碱的反向电渗析耦合双极膜***，其特点在于：所述反向电渗析耦合双极膜***包括反向电渗析耦合双极膜装置、料液驱动泵和料液贮存罐；
所述反向电渗析耦合双极膜装置由反向电渗析耦合双极膜膜堆以及通过夹板固定在所述反向电渗析耦合双极膜膜堆两侧的阳极板和阴极板构成；所述料液驱动泵包括电极液驱动泵、产酸室溶液驱动泵、产碱室溶液驱动泵、浓溶液驱动泵和淡溶液驱动泵；所述料液贮存罐包括电极液贮存罐、产酸室溶液贮存罐、产碱室溶液贮存罐、浓溶液贮存罐和淡溶液贮存罐；
所述反向电渗析耦合双极膜膜堆由数量相同且各不少于两张的阳离子交换膜和阴离子交换膜依次交替叠加而成；与阳极板相邻的为阳离子交换膜，与阴极板相邻的为阴离子交换膜；阳极板与相邻阳离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成阳极室，阴极板与相邻阴离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成阴极室；每对相邻的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片依次交替构成浓溶液室和淡溶液室，浓溶液室和淡溶液室不少于一对；在任意一对或多对相邻的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间***有双极膜，且双极膜的阴离子交换层朝向阳极板、阳离子交换层朝向阴极板，与双极膜的阴离子交换层相邻的为阳离子交换膜、与双极膜的阳离子交换层相邻的为阴离子交换膜，双极膜的阴离子交换层与相邻阳离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成产碱室、双极膜的阳离子交换层与相邻阴离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成产酸室，产碱室和产酸室不少于一对；
所述阴极板与所述阳极板之间采用负载相连；
所述阳极室出口连通于所述阴极室入口，由电极液驱动泵将所述阳极室入口和阴极室出口与所述电极液贮存罐流体连通；所述产酸室通过产酸室溶液驱动泵与所述产酸室溶液贮存罐流体连通，产碱室由产碱室溶液驱动泵与所述产碱室溶液贮存罐流体连通；所述浓溶液贮存罐经由浓溶液驱动泵与所述浓溶液室流体连通；所述淡溶液贮存罐经由淡溶液驱动泵与所述淡溶液室流体连通；
在所述产酸室和产碱室皆设置有pH计测量仪。
其中：
所述阳极板和所述阴极板选自表面涂布有催化剂的镍片、钛片、不锈钢片、泡沫镍片、泡沫钛片、镍网、钛网和不锈钢网中的至少一种，所述催化剂选自铂、钌、铱、钴、钼以及它们的氧化物或硫化物中的至少一种。
所述阳离子交换膜选自普通阳离子交换膜、一多价阳离子交换膜和荷电多孔膜中的至少一种；所述阴离子交换膜选自普通阴离子交换膜、一多价阴离子交换膜和荷电多孔膜中的至少一种；所述双极膜选自单膜法或双膜法制备的双极膜。
驱动泵可以为隔膜泵、蠕动泵、离心泵、潜水泵、活塞泵等任意形式。
利用上述的反向电渗析耦合双极膜***生产酸碱的方法是：
1)将浓溶液、淡溶液分别加入到所述浓溶液贮存罐和淡溶液储存罐，将初始产酸室溶液加入到产酸室溶液贮存罐，将初始产碱室溶液加入到产碱室溶液贮存罐，将电极液加入到电极液贮存罐；
2)将所述电极液贮存罐中的电极液经由阳极室入口和阴极室出口而在所述电极液贮存罐和阳极室与阴极室之间循环；将初始产酸室溶液经由产酸室入口和产酸室出口而在所述产酸室溶液贮存罐和所述产酸室之间循环；将初始产碱室溶液经由产碱室入口和产碱室出口而在所述产碱室溶液贮存罐和所述产碱室之间循环；
3)将所述浓溶液贮存罐中的浓溶液和所述淡溶液贮存罐中的淡溶液分别通过浓溶液室入口和淡溶液室入口引入到所述浓溶液室和所述淡溶液室，浓溶液室出口和淡溶液室出口直接引出；
4)连通负载，进行反向电渗析驱动双极膜水解离操作，产酸室和产碱室持续产生酸碱。
其中，所述浓溶液、所述淡溶液、所述初始产酸室溶液、所述初始产碱室溶液及所述电极液均为强电解质的水溶液，且强电解质浓度不低于0.01mol/L；所述浓溶液的强电解质浓度大于所述淡溶液的强电解质浓度。所述强电解质选自锂、钠、钾、氨离子的氯盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐、有机酸盐中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明提供的利用反向电渗析耦合双极膜产生酸碱的***、及利用新型可再生能源盐差能来直接制备酸碱的方法，在不外加电源情况下，利用通入反向电渗析腔室的不同浓度盐溶液的势能差，驱动双极膜发生水解离产生质子和氢氧根离子，即可在双极膜两侧的腔室内分别产生酸、碱。该***及其工艺不仅能高效的利用离子迁移产生的电势差进行酸碱生产，不需要能源的储存与转化，降低过程能量损失，通过调节操作参数可以实现在生产酸碱的同时又可产能，且工艺简单，无需外加能源、无污染、产酸碱效率高。
附图说明
图1为本发明提供的反向电渗析耦合双极膜***的结构示意图；
图2为本发明提供的反向电渗析耦合双极膜***的工作原理图；
图3为实施例1、2和3利用反向电渗析驱动双极膜水解离产生酸碱过程中产酸室质子浓度变化图；
图中标号：1为淡溶液贮存罐；1a淡溶液室入口；1b淡溶液室出口；1c淡溶液驱动泵；2为浓溶液贮存罐；2a浓溶液室入口；2b浓溶液室出口；2c浓溶液驱动泵；3为电极液贮存罐；3a阳极室入口；3b阳极室出口；3c电极液驱动泵；3d阴极室入口；3e阴极室出口；4为产碱室溶液贮存罐；4a产碱室入口；4b产碱室出口；4c产碱室溶液驱动泵；5为产酸室溶液贮存罐；5a产酸室入口；5b产酸室出口；5c产酸室溶液驱动泵；6为负载；7为反向电渗析耦合双极膜膜堆；8a为产碱室溶液pH计；8b为产酸室溶液pH计。
具体实施方式
以下将结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。考虑了其他实施方式，且不脱离本发明的范围或精神，可以实施这些其他实施方式。因此，以下的详细描述是非限制性的。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物化特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
如图1中所示，本发明提供了一种反向电渗析耦合双极膜***，包括反向电渗析耦合双极膜装置、料液驱动泵和料液贮存罐；
反向电渗析耦合双极膜装置由反向电渗析耦合双极膜膜堆以及通过夹板固定在反向电渗析耦合双极膜膜堆两侧的阳极板和阴极板构成；料液驱动泵包括电极液驱动泵、产酸室溶液驱动泵、产碱室溶液驱动泵、浓溶液驱动泵、淡溶液驱动泵；料液贮存罐包括电极液贮存罐、产酸室溶液贮存罐、产碱室溶液贮存罐、浓溶液贮存罐、淡溶液贮存罐；
反向电渗析耦合双极膜膜堆由数量相同且各不少于两张的阳离子交换膜和阴离子交换膜依次交替叠加而成；与阳极板相邻的为阳离子交换膜，与阴极板相邻的为阴离子交换膜；阳极板与相邻阳离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成阳极室，阴极板与相邻阴离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成阴极室；每对相邻的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片依次交替构成浓溶液室和淡溶液室，浓溶液室和淡溶液室不少于一对；在任意一对或多对相邻的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间***有双极膜，且双极膜的阴离子交换层朝向阳极板、阳离子交换层朝向阴极板，与双极膜的阴离子交换层相邻的为阳离子交换膜、与双极膜的阳离子交换层相邻的为阴离子交换膜，双极膜的阴离子交换层与相邻阳离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成产碱室、双极膜的阳离子交换层与相邻阴离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成产酸室，产碱室和产酸室不少于一对；
其中：对所采用的流道网格的具体类型没有特别限制，可以采用本领域中通常使用的各种流道网格，并且可以根据具体需要调节所述流道网格的具体尺寸。此外，对所采用的密封垫片的材料没有特别限制，可以采用本领域中通常使用的各种密封垫片，并且可以根据具体需要调节密封垫片的具体尺寸。
所述阴极板与所述阳极板之间采用负载相连；
所述阳极室出口连通于所述阴极室入口，由电极液驱动泵将所述阳极室入口和阴极室出口与所述电极液贮存罐流体连通；所述产酸室通过产酸室溶液驱动泵与所述产酸室溶液贮存罐流体连通，产碱室由产碱室溶液驱动泵与所述产碱室溶液贮存罐流体连通；所述浓溶液贮存罐经由浓溶液驱动泵与所述浓溶液室流体连通；所述淡溶液贮存罐经由淡溶液驱动泵与所述淡溶液室流体连通；
在所述产酸室和产碱室皆设置有pH计测量仪。
以下结合附图对本发明提供的一种反向电渗析耦合双极膜***进行详细说明，但是需要指出的是，所述附图仅仅用于示例性作用，本发明的技术方案绝不限定于此。
参见图1，图1为本发明提供的反向电渗析耦合双极膜***的结构示意图。在图1中：1为淡溶液贮存罐；1a淡溶液室入口；1b淡溶液室出口；1c淡溶液驱动泵；2为浓溶液贮存罐；2a浓溶液室入口；2b浓溶液室出口；2c浓溶液驱动泵；3为电极液贮存罐；3a阳极室入口；3b阳极室出口；3c电极液驱动泵；3d阴极室入口；3e阴极室出口；4为产碱室溶液贮存罐；4a产碱室入口；4b产碱室出口；4c产碱室溶液驱动泵；5为产酸室溶液贮存罐；5a产酸室入口；5b产酸室出口；5c产酸室溶液驱动泵；6为负载；7为反向电渗析耦合双极膜膜堆；8a为产碱室溶液pH计；8b为产酸室溶液pH计。
反向电渗析耦合双极膜装置的阴极板与阳极板与负载6相连；淡溶液室的淡溶液室入口1a连通于淡溶液贮存罐1、浓溶液室的浓溶液室入口2a连通于浓溶液贮存罐2，淡溶液室出口1b和浓溶液室出口2b直接引出；阳极室的阳极室入口3a和阴极室的阴极室出口3e连通于电极液贮存罐3，阳极室的阳极室出口3b与阴极室的阴极室入口3d通过硅胶管连通；产碱室的产碱室入口4a和产碱室出口4b连通于产碱室溶液贮存罐4，产酸室的产酸室入口5a和产酸室出口5b连通于产酸室溶液贮存罐5。
浓溶液室和淡溶液室内溶液分别通过驱动泵(浓溶液驱动泵2c、淡溶液驱动泵1c)驱动，由相应溶液贮存罐导入反向电渗析耦合双极膜装置内的对应浓溶液室和淡溶液室；电极室、产碱室、产酸室内溶液分别通过驱动泵(电极液驱动泵3c、产碱室溶液驱动泵4c、产酸室溶液驱动泵5c)驱动，并在反向电渗析耦合双极膜装置与相应溶液贮存罐之间形成循环流动；
其中，淡溶液驱动泵1c、浓溶液驱动泵2c、电极液驱动泵3c、产碱室溶液驱动泵4c及产酸室溶液驱动泵5c采用蠕动泵。
在产酸室溶液储存罐、产碱室溶液储存罐处皆设置有pH计(产酸室溶液pH计8b、产碱室溶液pH计8a)。
具体的，所述阳极板和阴极板选自表面涂布有催化剂的镍片、钛片、不锈钢片、泡沫镍片、泡沫钛片、镍网、钛网和不锈钢网中的至少一种，催化剂选自铂、钌、铱、钴、钼以及它们的氧化物或硫化物中的至少一种。
具体的，所述阳离子交换膜选自普通阳离子交换膜、一多价阳离子交换膜和荷电多孔膜中的至少一种，所述阴离子交换膜选自普通阴离子交换膜、一多价阴离子交换膜和荷电多孔膜中的至少一种，所述双极膜选自单膜法或双膜法制备的双极膜。
本发明还提供了利用上述的反向电渗析耦合双极膜***生产酸碱的方法，包括以下步骤：
1)将浓溶液、淡溶液分别加入到所述浓溶液贮存罐和淡溶液储存罐，将初始产酸室溶液加入到产酸室溶液贮存罐，将初始产碱室溶液加入到产碱室溶液贮存罐，将强电解质溶液加入到电极液贮存罐；
2)将所述电极液贮存罐中的电极液经由阳极室入口和阴极室出口而在所述电极液贮存罐和阳极室与阴极室之间循环；将初始产酸室溶液经由产酸室入口和产酸室出口而在所述产酸室溶液贮存罐和所述产酸室之间循环；将初始产碱室溶液经由产碱室入口和产碱室出口而在所述产碱室溶液贮存罐和所述产碱室之间循环；
3)将所述浓溶液贮存罐中的浓溶液和所述淡溶液贮存罐中的淡溶液分别通过浓溶液室入口和淡溶液室入口引入到所述浓溶液室和所述淡溶液室，浓溶液室出口和淡溶液室出口直接引出；
4)连通负载，进行反向电渗析驱动双极膜水解离操作，产酸室和产碱室持续产生酸碱。
其中：所述浓溶液、所述淡溶液、所述初始产酸室溶液、所述初始产碱室溶液及所述电极液均为强电解质的水溶液，且强电解质浓度不低于0.01mol/L；所述浓溶液的强电解质浓度大于所述淡溶液的强电解质浓度。所述强电解质选自锂、钠、钾、氨离子的氯盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐、有机酸盐中的至少一种。
其中，所得酸碱经过pH检测后可以收集进行回收。本发明对所述收集回收的方法并没有特殊限制。本领域技术人员公知的方法即可。
以下结合图2对本发明提供的利用反向电渗析驱动双极膜水解离产生酸碱的工艺原理进行详细说明。
当浓溶液和淡溶液进入反向电渗析膜堆并在浓溶液室和淡溶液室流动时，在浓度差推动下，浓溶液室中的阴、阳离子分别通过阴、阳离子交换膜迁移进入淡溶液室，从而形成定向离子迁移的内电流及电势差；该电势差其中一部分作用在双极膜上，接通电子负载后，双极膜发生水解离，产生质子和氢氧根离子，使膜堆中离子迁移完整，通过阴、阳极的电化学反应，即可将离子迁移电流转化为电子迁移的外电路电流，形成完整的电路。
本发明在传统的反向电渗析装置基础上加以改进，在膜堆中引入双极膜，直接利用盐差能驱动双极膜产生酸碱，并可对酸碱进行回收。该***不仅能高效的利用离子迁移产生的电势差直接进行酸碱生产，不需要能源的储存与转化***，降低过程能量损失，通过调节操作参数可以实现在生产酸碱的同时又可产能，且工艺简单，无需外加能源(泵送流体除外)、无污染，产酸碱效率高。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的基于盐差能驱动生产酸碱的反向电渗析耦合双极膜***及其生产方法，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
本实施例利用上述的反向电渗析耦合双极膜系，所用浓溶液为浓度0.5mol/L的氯化钠溶液，所用淡溶液浓度0.017mol/L的氯化钠溶液，所用初始产酸室溶液为浓度0.5mol/L的氯化钠溶液，所用初始产碱室溶液为浓度0.5mol/L的氯化钠溶液，所用电极液为氯化钠+铁***+亚铁***溶液(其中氯化钠浓度为0.5mol/L、铁***浓度为0.05mol/L、亚铁***浓度为0.05mol/L)。
其中所用反向电渗析耦合双极膜膜堆由阳极板、阴极板、阴离子交换膜、阳离子交换膜、双极膜、流道格网、密封垫片按照一定的次顺叠加组成。共使用21张阳离子交换膜、21张阴离子交换膜，在膜堆内形成有20个“浓溶液室-淡溶液室”的重复单元。共使用1张双极膜，在膜堆内形成1个“产碱室-产酸室”。过程中所使用的阳极板和阴极板为涂钌钛板，其尺寸为9cm×21cm；所使用阴离子交换膜与阳离子交换膜分别采用合肥科佳高分子材料科技有限公司生产的CJMC-1与CJMA-1；所使用双极膜采用日本Tokuyama公司的Neosepta BPM-1，其裁切后尺寸为9cm×21cm；单张膜以及膜堆单个电极有效面积189cm2。
本实施例按如下步骤进行利用反向电渗析驱动双极膜水解离产生酸碱的操作：
1)将0.5mol/L氯化钠浓溶液、0.017mol/L氯化钠淡溶液分别加入到浓溶液贮存罐和淡溶液储存罐，将0.5mol/L氯化钠初始产酸室溶液加入到产酸室溶液贮存罐，将0.5mol/L氯化钠初始产碱室溶液加入到产碱室溶液贮存罐，将0.5mol/L氯化钠+0.05mol/L铁***+0.05mol/L亚铁***溶液加入到电极液贮存罐；
2)使得电极液贮存罐中的电极液经由阳极室入口和阴极室出口而在阴极液贮存罐和阴极与阳极室之间循环，流速为0.075L/min；
使得产碱室溶液贮存罐中的初始产碱室溶液经由产碱室入口和产碱室出口而在产碱室溶液贮存罐和产碱室之间循环，流速为0.075L/min；
使得产酸室溶液贮存罐中的初始产酸室溶液经由产酸室入口和产酸室出口而在产酸室溶液贮存罐和产酸室之间循环，流速为0.075L/min；
3)将浓溶液贮存罐中的浓溶液和淡溶液贮存罐中的淡溶液分别引入到浓溶液室和淡溶液室，流速均为0.15L/min；
4)将阳极板和阴极板之间与外负载连接，进行反向电渗析驱动双极膜产酸碱操作，并且通过阳极板和阴极板之间的可编程电子负载装置记录电流、电压随时间的变化；
产酸室和产碱室内溶液分别进入产酸室溶液贮存罐和产碱室溶液贮存罐，通过pH计在线检测。
通过以上的可编程电子负载装置测定本实施例产酸碱过程中的电流，并且通过pH计装置检测产酸速率的变化，结果见图3和表1，其中图3为实施例1、2和3利用反向电渗析驱动双极膜水解离产生酸碱过程中产酸室质子浓度变化图；表1为实施例1、2和3利用反向电渗析驱动双极膜水解离产生酸碱过程中电流、产酸速率和相关系数R2。
本实验中，采用该***能持续产生电流，并可检测到稳定的产酸碱速率，为3.2mmol/h。
实施例2
以与实施例1类似的方式通过图1中所示的相同***直接生产酸碱，不同之处在于将浓溶液的氯化钠的浓度改为1.5mol/L。
测定本实施例产酸碱过程中的电流和产酸碱速率的变化，结果见图3和表1。本实验中，采用该***能持续产生电流，并可检测到稳定的产酸碱速率，为3.3mmol/h。
实施例3
以与实施例1类似的方式通过图1中所示的相同***直接生产酸碱，不同之处在于将浓溶液的氯化钠的浓度改为3.0mol/L。
测定本实施例产酸碱过程中的电流和产酸碱速率的变化，结果见图3和表1。本实验中，采用该***能持续产生电流，并可检测到稳定的产酸碱速率，为3.3mmol/h。
表1
| HC/LC | 电流(A) | 产酸速率(mmol/h) | R2 |
| 0.5M/0.017M | 0.15 | 3.2 | 99.6 |
| 1.5M/0.017M | 0.18 | 3.3 | 99.0 |
| 3.0M/0.017M | 0.21 | 3.3 | 98.6 |
Claims (6)
1.一种基于盐差能驱动生产酸碱的反向电渗析耦合双极膜***，其特征在于：所述反向电渗析耦合双极膜***包括反向电渗析耦合双极膜装置、料液驱动泵和料液贮存罐；
所述反向电渗析耦合双极膜装置由反向电渗析耦合双极膜膜堆以及通过夹板固定在所述反向电渗析耦合双极膜膜堆两侧的阳极板和阴极板构成；所述料液驱动泵包括电极液驱动泵、产酸室溶液驱动泵、产碱室溶液驱动泵、浓溶液驱动泵和淡溶液驱动泵；所述料液贮存罐包括电极液贮存罐、产酸室溶液贮存罐、产碱室溶液贮存罐、浓溶液贮存罐和淡溶液贮存罐；
所述反向电渗析耦合双极膜膜堆由数量相同且各不少于两张的阳离子交换膜和阴离子交换膜依次交替叠加而成；与阳极板相邻的为阳离子交换膜，与阴极板相邻的为阴离子交换膜；阳极板与相邻阳离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成阳极室，阴极板与相邻阴离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成阴极室；每对相邻的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片依次交替构成浓溶液室和淡溶液室，浓溶液室和淡溶液室不少于一对；在任意一对或多对相邻的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间***有双极膜，且双极膜的阴离子交换层朝向阳极板、阳离子交换层朝向阴极板，与双极膜的阴离子交换层相邻的为阳离子交换膜、与双极膜的阳离子交换层相邻的为阴离子交换膜，双极膜的阴离子交换层与相邻阳离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成产碱室、双极膜的阳离子交换层与相邻阴离子交换膜之间放置流道格网及密封垫片构成产酸室，产碱室和产酸室不少于一对；
所述阴极板与所述阳极板之间采用负载相连；
所述阳极室出口连通于所述阴极室入口，由电极液驱动泵将所述阳极室入口和阴极室出口与所述电极液贮存罐流体连通；所述产酸室通过产酸室溶液驱动泵与所述产酸室溶液贮存罐流体连通，产碱室由产碱室溶液驱动泵与所述产碱室溶液贮存罐流体连通；所述浓溶液贮存罐经由浓溶液驱动泵与所述浓溶液室流体连通；所述淡溶液贮存罐经由淡溶液驱动泵与所述淡溶液室流体连通；
在所述产酸室和产碱室皆设置有pH计测量仪。
2.根据权利要求1所述的反向电渗析耦合双极膜***，其特征在于：所述阳极板和所述阴极板选自表面涂布有催化剂的镍片、钛片、不锈钢片、泡沫镍片、泡沫钛片、镍网、钛网和不锈钢网中的至少一种，所述催化剂选自铂、钌、铱、钴、钼以及它们的氧化物或硫化物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的反向电渗析耦合双极膜***，其特征在于：所述阳离子交换膜选自普通阳离子交换膜、一多价阳离子交换膜和荷电多孔膜中的至少一种；所述阴离子交换膜选自普通阴离子交换膜、一多价阴离子交换膜、荷电多孔膜中的至少一种；所述双极膜选自单膜法或双膜法制备的双极膜。
4.一种利用权利要求1～3中任意一项所述的反向电渗析耦合双极膜***生产酸碱的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将浓溶液、淡溶液分别加入到所述浓溶液贮存罐和淡溶液储存罐，将初始产酸室溶液加入到产酸室溶液贮存罐，将初始产碱室溶液加入到产碱室溶液贮存罐，将电极液加入到电极液贮存罐；
2)将所述电极液贮存罐中的电极液经由阳极室入口和阴极室出口而在所述电极液贮存罐和阳极室与阴极室之间循环；将初始产酸室溶液经由产酸室入口和产酸室出口而在所述产酸室溶液贮存罐和所述产酸室之间循环；将初始产碱室溶液经由产碱室入口和产碱室出口而在所述产碱室溶液贮存罐和所述产碱室之间循环；
3)将所述浓溶液贮存罐中的浓溶液和所述淡溶液贮存罐中的淡溶液分别通过浓溶液室入口和淡溶液室入口引入到所述浓溶液室和所述淡溶液室，浓溶液室出口和淡溶液室出口直接引出；
4)连通负载，进行反向电渗析驱动双极膜水解离操作，产酸室和产碱室持续产生酸碱。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述浓溶液、所述淡溶液、所述初始产酸室溶液、所述初始产碱室溶液及所述电极液均为强电解质的水溶液，且强电解质浓度不低于0.01mol/L；所述浓溶液的强电解质浓度大于所述淡溶液的强电解质浓度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述强电解质选自锂、钠、钾、氨离子的氯盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐、有机酸盐中的至少一种。
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