Устройство для самопроизвольной очистки воды от растворенных в ней солей
Авторы патента:
Сущность изобретения: для самопроизвольной очистки воды от растворенных в ней солей предлагается использовать асимметричную глинистую полупроницаемую мембрану. 1 ил.
Изобретение относится к мембранной технологии, а именно к способам осуществления процесса самопроизвольной очистки жидкости.
В качестве прототипа выбрано устройство, представляющее собой мембрану для осуществления процесса самопроизвольной очистки жидкостей по методу аномального осмоса. Поры в мембранном устройстве по прототипу одинаковые по размеру как со стороны раствора, так и растворителя (Кульчицкий Л.И. и др. Влияние аномальной вязкости поровых растворов в микрокапиллярах глин на процесс диффузионного переноса ионов. - Коллоидный журнал, 1975, т. 37, N 5, с. 878-884). Установлено, что сущность аномального осмоса состоит в проявлении энтропоосмоса - самодвижения жидкости в направлении роста ее структурной организованности, т.е. против градиента структурной организованности. Явление энтропоосмоса, как и действие поля тяготения в приведенном аналоге, относится к антиэнтропийным факторам, обеспечивающим протекание процессов самоорганизации в неживой природе. В опытах по аномальному осмосу в порах мембраны, разделяющей раствор и воду, возникает асимметрия относительно параметра структурной организованности воды вследствие того, что ионы солей разрушают граничные слои воды на поверхности пор (сначала только со стороны раствора) и тем самым понижают уровень структурной организованности воды со стороны раствора. В результате по толщине мембраны формируется градиент структурной организованности воды, направленный к объему с раствором, в соответствии с которым зарождается энтропоосмотический поток воды в объем с чистой водой. Способ очистки жидкостей по методу аномального осмоса при помощи мембраны с симметричными порами позволяет понижать концентрацию раствора без затрат энергии. Недостатками указанного способа являются низкая производительность (единицы миллилитров в сутки), низкая степень очистки и небольшая продолжительность функционирования мембраны вследствие того, что по мере выравнивания концентрации в мембране происходят "проскок" ионов в объеме с чистой водой, а также исчезновение градиента структурной организованности воды и прекращение процесса аномального осмоса. Кроме того, известно применение асимметричных полупроницаемых мембран для принудительной очистки жидкостей по методу обратного осмоса (авт. св. СССР N 894923, кл. B 01 D 13/00). Асимметрия ядерных фильтров Флерова обусловлена заданной геометрической формой пор. При осуществлении способа очистки по методу обратного осмоса асимметричные полупроницаемые мембраны с коническими порами, изготовленные из любого материала (металл, керамика, стекло, пластмасса и др. ) устанавливают узкой частью к объему с раствором, чтобы предохранить широкую часть пор от засорения (Брок Т. Мембранная фильтрация. - М.: Мир, 1987, с. 87). Недостатками применения асимметричных полупроницаемых мембран для очистки жидкостей по методу обратного осмоса являются большие энергетические затраты, короткий срок службы (1 год), а также сложное аппаратурное оформление. Цель данного изобретения - повышение производительности процесса самопроизвольной очистки жидкости, расширение области применения, упрощение аппаратурного оформления, а также обеспечение непрерывности и селективности процесса. Указанную цель достигают за счет применения асимметричных полупроницаемых мембран в качестве устройства для осуществления процесса самопроизвольной очистки жидкостей по методу аномального осмоса. Для этого применяют полупроницаемые мембраны, асимметрия которых обусловлена конической формой пор. Одновременное наличие у мембран свойств асимметричности относительно параметра структурной организованности, заданной геометрией пор, а также полупроницаемости обеспечивают, во-первых, формирование самопроизвольного потока жидкости из раствора в чистый растворитель (если узкая часть пор мембраны обращена к объему с чистым растворителем) и, во-вторых, высокую селективность, поскольку через полупроницаемую мембрану проходят только частицы растворителя. Сущность технологии самопроизвольной очистки жидкостей за счет применения асимметричных полупроницаемых мембран, а также порядок пользования ими поясняются чертежом. Устройство представляет собой резервуар 1, форма которого произвольна или задана жесткой подложкой; 2 - трубка для отвода очищенной жидкости. Стенка резервуара - это асимметричная полупроницаемая мембрана, широкая часть пор которой обращена к очищаемой жидкости (А - увеличенный фрагмент мембраны). Пример 1. В лабораторных условиях была получена асимметричная полупроницаемая мембрана путем напыления глинопорошков через сито в обойму диаметром 3 см. Слои глинистых минералов равной толщины напыляли в следующей последовательности: каолинит, смесь каолинита с вермикулитом в соотношении 2:1, затем 1:1 и 1:2, чистый вермикулит, смесь вермикулита с палыгорскитом в соотношении 2:1, затем 1:1 и 1:2, чистый палыгорскит, смесь палыгорскита с бентонитом в соотношении 2:1, затем 1:1 и 1:2, чистый бентонит. Далее произвели полную гидратацию пресной воды и на прессе отжали избыточное количество воды путем постепенного увеличения давления до 2,5 МПа в течение 4 ч. Затем глинистую мембрану поместили в кернодержатель установки УИПК-1М и привели в контакт с чистой водой со стороны ее бентонитового слоя и с 5%-ным раствором хлористого кальция со стороны каолинитового слоя. За время эксперимента объем чистой воды увеличился на 5 см3. В отобранной пробе воды присутствие ионов кальция не установлено. Таким образом, давление прессования глинистой мембраны 2,5 МПа обеспечило полупроницаемые свойства бентонитового слоя, а подбор глинистых минералов с различной величиной частиц обусловил уменьшение среднего диаметра пор в направлении от каолинитового слоя к бентонитовому. Переток воды из раствора в чистую воду подтвердил возможность применения асимметричных полупроницаемых мембран в качестве устройства для осуществления самопроизвольной очистки жидкостей. Пример 2. У морских птиц, черепах и других животных самопроизвольное обессоливание осуществляется при помощи полупроницаемых мембран с носовой гланде. При этом поступающая морская вода разделяется на рассол с концентрацией в 5 раз большей, чем в морской воде и пресную воду, усваиваемую организмом (Оприш Т. Занимательная бионика. Бухарест: Альбатрос, 1986, с. 123). Поскольку ничего похожего на обратный осмос или дистилляцию в носовой гланде не происходит, то можно говорить об использовании самопроизвольного процесса очистки жидкости, который возможен при наличии свойства асимметрии у полупроницаемых мембран. Для реализации заявляемого изобретения в наибольшей степени подходят ядерные фильтры Флерова (авт. св. СССР N 894923) с конической формой пор, изготовленные из тонкого материала (толщина 5-12 мкм). В изобретении решается новая задача - осуществление процесса самопроизвольной очистки жидкости при помощи известного устройства на основе новых теоретических представлений об аномальном осмосе. Это дает основание сделать вывод о том, что новое техническое решение отвечает критерию "существенные отличия". Об этом так же свидетельствуют результаты патентного и литературного поиска. Преимущественной областью применения изобретения является очистка промышленных стоков, регенерация растворителей в химической промышленности и, главным образом, опреснение морской воды. Широкое применение недорогих асимметричных полупроницаемых мембран из тонких пленок позволит уже в ближайшее время существенно облегчить решение экологических, социальных и экономических проблем. Таким образом, применение асимметричных полупроницаемых мембран толщиной, измеряемой микрометрами, для осуществления процесса самопроизвольной очистки жидкостей позволит: повысить производительность процесса, которая тем выше, чем тоньше мембрана; расширить область применения и упростить аппаратурное оформление, так как для осуществления процесса требуется всего лишь устройство (резервуар со стенками из асимметричной полупроницаемой мембраны) привести в контакт с очищаемой жидкостью; обеспечить перерывность и селективность процесса, поскольку асимметрия и полупроницаемые свойства мембраны обусловлены геометрической формой пор. Экономический эффект от внедрения изобретения будет заключаться, главным образом в экономии энергетических затрат. Если даже пренебречь разницей в затратах на сооружение и обслуживание промышленных устройств для опреснения воды по наиболее экономичному обратноосмотическому способу и по заявляемому методу аномального осмоса, то экономия затрат энергии при производстве 1 млн.м3 пресной воды составит 1,362 кВт![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
Формула изобретения
Применение глинистой полупроницаемой асимметричной мембраны в качестве устройства для самопроизвольной очистки воды от растворенных в ней солей.РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
Водоочиститель // 2104083
Изобретение относится к водоочистителю, который раскрыт в преамбуле п.1, в частности к водоочистителю для домашнего пользования
Изобретение относится к строительству и реконструкции зданий и сооружений и может быть использовано при проведении капитальных и косметических ремонтов
Изобретение относится к обработке грунтов, илов и др
Изобретение относится к физической химии высокомолекулярных соединений, конкретно к способу получения композиционных двухслойных полимерных мембран для дегидратации водно-спиртовых смесей методом первапорации
Изобретение относится к области химического контроля водного теплоносителя
Способ мембранного разделения жидких сред // 2094100
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении едких щелочей, в частности гидроокиси калия
Изобретение относится к области разделения газовых и жидких смесей, в частности к способам мембранного разделения
Способ получения гидроксида лития или его солей с высокой степенью чистоты из природных рассолов // 2090503
Изобретение относится к химической технологии получения соединений лития, в частности, к способу получения гидроксида лития или его солей с высокой степенью чистоты из природных рассолов
Электроионитная установка // 2090251
Изобретение относится к конструкциям электродиализаторов, используемых для деминерализации растворов и получения солевых концентратов
Изобретение относится к способу выделения энантиомеров из рацемической смеси противоточной экстракцией при помощи по меньшей мере двух жидкостей, имеющих взаимно различную хиральность, причем эти жидкости полностью смешиваются и разделены друг от друга фазой, с которой они не смешиваются
Устройство для анализа текучей среды и устройство для измерения содержания питательных солей // 2108975
Изобретение относится к устройствам для анализа текучей среды, в особенности жидкости
Изобретение относится к области осуществления массообменных процессов в системах жидкость - жидкость с помощью гидрофобных пористых мембран и применяемых для разделения или избирательного выделения вещества, а также для направленной массопередачи веществ из одной фазы в другую с целью их концентрирования
Изобретение относится к области осуществления массообменных процессов в системах жидкость - жидкость с помощью гидрофобных пористых мембран и применяемых для разделения или избирательного выделения вещества, а также для направленной массопередачи веществ из одной фазы в другую с целью их концентрирования
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к производству гликолей и низкозамерзающих теплоносителей на их основе
Способ извлечения йода // 2112080
Изобретение относится к способам извлечения йода из высокоминерализованных буровых вод и может быть использовано в газо- и нефтедобывающей промышленности
Изобретение относится к установкам для регенерации трансформаторного масла и может быть использовано на предприятиях энергетического комплекса, электрических и трансформаторных станциях и объектах, использующих трансформаторное масло
Изобретение относится к электрохимическим методам переработки металлсодержащих растворов и может быть использовано в различных гидрометаллургических процессах