1.一种双极膜电渗析耦合中空纤维膜处理浓海水产碱固碳的方法,包括以下步骤:
(1)对浓海水进行双碱法预处理:通过投加氢氧化钠和碳酸钠除去浓海水中的钙镁离子及其他高价金属离子,使浓海水中钙镁离子的总浓度降至5ppm以下,达到双极膜电渗析的进料标准,同时将预处理后的浓海水pH调至6‑7;
(2)以预处理后的浓海水为原料,利用双极膜电渗析装置制备得到酸溶液和碱溶液;具体按照如下实施:双极膜电渗析装置包括直流电源、循环泵、储液罐、阴极板、阳极板和双极膜电渗析膜堆,所述的双极膜电渗析膜堆由双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜依次重复排列而成且最外层均为双极膜,相邻的阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜彼此之间依次形成碱室、酸室和盐室,阳极板和阴极板分别与双极膜形成极室;在双极膜电渗析装置的极室通入硫酸钠溶液作为保护液,盐室通入经步骤(1)预处理后的浓海水,酸室通入稀HCl溶液,碱室通入稀NaOH溶液,开启直流电源进行电解,在直流电场的作用下,水在双极膜上分裂为氢离子和氢氧根离子,分别进入酸室和碱室得到酸碱溶液;
(3)将步骤(2)中制得的碱溶液用于吸收二氧化碳,即以中空纤维膜组件作为接触器,通过蠕动泵将碱溶液通入中空纤维膜的管程,通过液体流量计控制液体的流速,同时采用逆流的操作方式,使含有10‑30vol%二氧化碳和90‑70vol%氮气的混合气通入中空纤维膜的壳程,通过气体流量计控制气体流速,从而得到氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液;其中固碳反应的终点通过如下方式确定:根据如下沉淀化学方程式以及浓海水中钙镁离子的含量确定沉淀浓海水中的钙镁离子所需要的碳酸钠和氢氧化钠的比例,当固碳反应所得混合溶液中碳酸钠和氢氧化钠的含量之比达到该比例时,则停止反应;
2+
Mg +2NaOH→Mg(OH)2(s)
2+
Ca +Na2CO3→CaCO3(s)
(4)将步骤(3)制得的氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液直接加入浓海水中,按照步骤(1)进行预处理,与浓海水中的钙、镁离子反应,得到碳酸钙和氢氧化镁沉淀;通过控制投加量使钙镁离子总浓度达到5ppm以下,符合双极膜电渗析的进料标准,随后进行步骤(2)的双极膜电渗析,实现工艺的循环。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述双极膜为BP‑1型双极膜,阳离子交换膜为CMX型阳离子交换膜,阴离子交换膜为AMX型阴离子交换膜。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述极室通入的Na2SO4溶液的起始浓度为
0.2‑0.4mol/L,所述碱室通入的NaOH溶液的起始浓度为0.02‑0.2mol/L,所述酸室通入的HCl溶液的起始浓度为0.02‑0.2mol/L。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述碱室通入的NaOH溶液的起始浓度为
0.08‑0.12mol/L,所述酸室通入的HCl溶液的起始浓度为0.08‑0.12mol/L。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于:双极膜电渗析中电压选用9‑13.5V,盐室、碱室、酸室体积比选用2‑5:1:1,各室流速均为20‑40L/h,工作温度控制为15‑35℃,当酸碱浓度趋于稳定或电流低于1A或电导率低于5mS/cm时,关闭电源。
6.如权利要求2所述的方法,其特征在于:双极膜电渗析中电压选用12V,盐室、碱室、酸室体积比选用4:1:1,各室流速均为40L/h,工作温度控制为15‑35℃。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中,所述的中空纤维膜组件为柱状结构,外壳材料为耐腐蚀的有机玻璃或PVC,内部填充的膜材料为聚四氟乙烯。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中,气体采用20vol%的二氧化碳和
80vol%的氮气的混合气。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中,碱溶液浓度为0.8‑2.1mol/L,混合气通入流速选为0.2‑0.8L/min,液体流速为50‑200ml/min,液体温度为10‑40℃。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(2)得到的酸溶液用于调节步骤(1)中浓海水的pH值。