本發明專利技術涉及一種電驅動法再生鉀離子篩裝置，該裝置包括不銹鋼網陽極3、直流穩壓電源4、硅膠密封墊5、不銹鋼網陰極6、滌綸濾布8、鉀離子篩9等。與傳統濃硝酸再生鉀離子篩的方法相比，本發明專利技術電驅動法再生裝置具有省時、再生效率高的特點，本發明專利技術電驅動法再生鉀離子篩裝置在20min就能實現完全再生；而濃硝酸法再生鉀離子篩需要24小時以上，時間節省幾十倍。濃硝酸法利用6mol/L濃硝酸進行再生20min，再生率為22.1％，而本發明專利技術電驅動法再生鉀離子篩裝置在電流密度15mA/cm2下20min的再生率達到97.9％，遠遠高于濃硝酸法的再生率。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于海水提鉀
更具體地，本專利技術涉及一種電驅動法再生鉀離子篩裝置，還涉及所述電驅動法再生鉀離子篩裝置的用途。
技術介紹
從海水中獲取鉀元素是金屬鉀資源的主要來源方式。使用鉀離子篩進行鉀離子吸附是目前一種主要獲得鉀的方法。但是，鉀離子篩一旦吸附鉀離子達到飽和之后，再生比較困難，而且往往再生不徹底，導致鉀離子篩吸附容量會逐漸下降。把鉀離子篩大規模應用于海水提鉀工藝必須考慮鉀離子篩的循環利用，多次高效循環利用才能體現鉀離子篩從海水提鉀的經濟性。再生方法是鉀離子篩能夠循環利用的最核心技術，開發一種能夠高效、經濟、綠色、省時的再生技術，能夠為海水提鉀的工藝提供技術驅動。在現有技術中，還沒有利用電驅動方法進行鉀離子篩再生的。例如吳延方在題目“MnO2型鉀離子篩的合成及其對K+的離子交換行為研究”，青島科技大學碩士學位論文(2008)的論文中描述了，錳系鉀離子篩再生方法都集中在利用高濃度濃硝酸進行再生，這是因為H+是陽離子中半徑最小的離子，H+最容易進入鉀離子篩隧道中把鉀離子交換出來的離子(例如董殿權等人，二氧化錳型鉀離子篩的合成及其對鉀的離子交換熱力學，《化工進展》2009，28(6)：1005-1009)。但是，該方法具有耗時(24小時以上)，步驟繁瑣(酸浸泡，水多次清洗)，效率低，再生不完全等缺點，而且濃硝酸價格較貴，同時屬于危化品，在濃硝酸的條件下進行再生，會產生大量的硝酸廢液，對環境極其不利，達不到綠色化工和循環經濟的要求。針對濃硝酸再生鉀離子篩存在的問題，本專利技術電驅動方法解決了大規模應用鉀離子篩的再生困難問題及再生過程中的環境不友好問題，為鉀離子篩在海水提鉀技術上的應用提供技術支撐。
技術實現思路
[要解決的技術問題]本專利技術的目的是提供一種電驅動法再生鉀離子篩裝置。本專利技術的另一個目的是提供所述電驅動法再生鉀離子篩裝置的用途。[技術方案]本專利技術是通過下述技術方案實現的。本專利技術涉及一種電驅動法再生鉀離子篩裝置，該裝置包括槽體1、再生液出口7與再生液入口13。該裝置還包括不銹鋼網陽極3、直流穩壓電源4、硅膠密封墊5、不銹鋼網陰極6、滌綸濾布8、鉀離子篩9、空氣泵10與空氣入口11；槽體1由上槽體1-1、下槽體1-2與槽底1-3組成；在上槽體1-1頂部設置與空氣泵10相連的空氣入口11以及再生液入口13；在下槽體1-2中央設置再生液出口7；在上槽體1-1下端與下槽體1-2上端之間設置上硅膠密封墊5-1，在硅膠密封墊5-1中安裝不銹鋼網陽極3，而在硅膠密封墊5-1下面與下槽體1-2上端之間安裝上滌綸濾布8-1；在下槽體1-2下端與槽底1-3上面之間設置下硅膠密封墊5-2，在硅膠密封墊5-2中安裝不銹鋼網陰極6，而在硅膠密封墊5-2上面與下槽體1-2下端之間安裝下滌綸濾布8-2；直流穩壓電源4安裝在槽體1外面；直流穩壓電源4的陽極與不銹鋼網陽極3相連，而它的陰極與不銹鋼網陰極6相連；在由下槽體1-2、上滌綸濾布8-1與下滌綸濾布8-2構成的空間中裝填待再生鉀離子篩9；在槽體1內的再生液2液面與上槽體1-1上端之間形成空氣氣室12。根據本專利技術的一種優選實施方式，槽體1是用有機玻璃或不銹鋼制成的圓柱體。根據本專利技術的另一種優選實施方式，所述圓柱體的高與直徑的比是1:5～10。根據本專利技術的另一種優選實施方式，不銹鋼網陽極3與不銹鋼網陰極6的網眼尺寸是100～1000目。根據本專利技術的另一種優選實施方式，再生液2液面與不銹鋼網陽極3的距離是鉀離子篩9高度的3～5倍。根據本專利技術的另一種優選實施方式，直流穩壓電源4的電壓是5～25V；電流密度是10～20mA/cm2。根據本專利技術的另一種優選實施方式，所述的再生液是濃度為以重量計1～10％硫酸鈉或硝酸鈉水溶液。本專利技術還涉及所述的再生鉀離子篩裝置在海水提鉀技術中的應用。本專利技術還涉及所述再生鉀離子篩裝置的使用方法。該使用方法的步驟如下：選用網眼尺寸為100～1000目的不銹鋼網陰極3與不銹鋼網陰極6；把待再生鉀離子篩裝填到下槽體1-2中，再通過再生液入口13往槽體1中添加再生液，開啟空氣泵10通過空氣入口11往槽體1中通入空氣，同時通過再生液入口往槽體1中添加所述的再生液，以及通過安裝在再生液出口7上的止水夾調節出水流量，以調節再生液2液面與不銹鋼網陽極3之間的距離，以達到該距離是鉀離子篩9高度的3～5倍；開啟直流穩壓電源4，將電壓調節至5～25V，電流密度調節至10～20mA/cm2，接著進行鉀離子篩再生15-20min，其間在再生液出口7取樣，檢測在排出液中K+的濃度。根據本專利技術的另一種優選實施方式，所述的再生液是濃度為以重量計1～10％硫酸鈉或硝酸鈉水溶液。下面將更詳細地描述本專利技術。采用電化學電驅動方法對已經飽和吸附鉀離子篩進行再生原理如下：在再生槽中加入一定濃度例如0.001mol/L的硫酸鈉溶液作為電解液，電解液液面比陽極高出一定高度。如附圖2所示，通氣通電前，鉀離子篩隧道中充滿K+，溶液中其他陽離子與K+的離子交換作用效率很低，可以忽略不計；當再生槽通氣通電后，在氣壓和液壓的作用下，再生液開始從底部再生液出口流出；陰陽極上施加超過水的析氫析氧電位的電壓，此時陽極大量析氧，同時陽極端形成大量的H+；陰極大量析氫，并產生相應的OH-，陰陽極的電極反應方程式為：陽極：2H2O-4e-＝4H++O2↑陰極：4H2O+4e-＝4OH-+2H2↑在強電場力的作用下，飽和鉀離子篩中的K+受到從陽極指向陰極的電場力的作用，K+開始從鉀離子篩隧道中遷移到溶液中，并向陰極進行定向遷移運動，到達陰極區之后，在水壓的作用下，隨再生液一起從再生槽底部流出而被回收利用，該電場力的作用，能夠使K+很容易從鉀離子篩隧道中遷移出來，這種電驅動再生作用要比普通離子交換再生作用強度大，并且效率高；而陽極區由于水電解而產生的大量H+，在電場力的作用下，H+也朝陰極方向定向移動，在移動的過程中，由于H+半徑最小，因此很容易進入鉀離子篩隧道中，并占據鉀離子篩中K+的交換位點，鉀離子篩因此得到再生。整個再生過程中，氣壓、水壓及電場力的共同作用，實現了陽離子往陰極區進行定向遷移，使得K+能夠離開鉀離子篩所處的溶液本體，避免出現K+重新進入鉀離子篩隧道中占位的情況，這也是利用濃硝酸進行再生而無法實現的。而陰極區產生的OH-，由于非常靠近出口，雖然有向著陽極遷移的趨勢，但是氣壓和水壓導致的液體流動力已經超過了電場力，因此OH-會隨著再生液與K+一起流出，因此陰極區產生的OH-不會影響鉀離子篩的再生效果。利用該方法，能夠快速實現鉀離子篩的再生，并能得到富含K+的再生液，提高鉀的后續回收利用的效率。本專利技術涉及一種電驅動法再生鉀離子篩裝置，該裝置包括槽體1、再生液出口7與再生液入口13。該裝置還包括不銹鋼網陽極3、直流穩壓電源4、硅膠密封墊5、不銹鋼網陰極6、滌綸濾布8、鉀離子篩9、空氣泵10與空氣入口11；槽體1由上槽體1-1、下槽體1-2與槽底1-3組成；在上槽體1-1頂部設置與空氣泵10相連的空氣入口11以及再生液入口13；在下槽體1-2中央設置再生液出口7；根據本專利技術，槽體1是用有機玻璃或不銹鋼制成的圓柱體。所述圓柱體的高與直徑的比是1:5～10。在上槽體1-1下端與下槽體1-2上端本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種電驅動法再生鉀離子篩裝置，該裝置包括槽體(1)、再生液出口(7)與再生液入口(13)，其特征在于該裝置還包括不銹鋼網陽極(3)、直流穩壓電源(4)、硅膠密封墊(5)、不銹鋼網陰極(6)、滌綸濾布(8)、鉀離子篩(9)、空氣泵(10)與空氣入口(11)；槽體(1)由上槽體(1?1)、下槽體(1?2)與槽底(1?3)組成；在上槽體(1?1)頂部設置與空氣泵(10)相連的空氣入口(11)以及再生液入口(13)；在下槽體(1?2)中央設置再生液出口(7)；在上槽體(1?1)下端與下槽體(1?2)上端之間設置上硅膠密封墊(5?1)，在硅膠密封墊(5?1)中安裝不銹鋼網陽極(3)，而在硅膠密封墊(5?1)下面與下槽體(1?2)上端之間安裝上滌綸濾布(8?1)；在下槽體(1?2)下端與槽底(1?3)上面之間設置下硅膠密封墊(5?2)，在硅膠密封墊(5?2)中安裝不銹鋼網陰極(6)，而在硅膠密封墊(5?2)上面與下槽體(1?2)下端之間安裝下滌綸濾布(8?2)；直流穩壓電源(4)安裝在槽體(1)外面；直流穩壓電源(4)的陽極與不銹鋼網陽極(3)相連，而它的陰極與不銹鋼網陰極(6)相連；在由下槽體(1?2)、上滌綸濾布(8?1)與下滌綸濾布(8?2)構成的空間中裝填待再生鉀離子篩(9)；在槽體(1)內的再生液(2)液面與上槽體(1?1)上端之間形成空氣氣室(12)。...
【技術特征摘要】
1.一種電驅動法再生鉀離子篩裝置，該裝置包括槽體(1)、再生液出口(7)與再生液入口(13)，其特征在于該裝置還包括不銹鋼網陽極(3)、直流穩壓電源(4)、硅膠密封墊(5)、不銹鋼網陰極(6)、滌綸濾布(8)、鉀離子篩(9)、空氣泵(10)與空氣入口(11)；槽體(1)由上槽體(1-1)、下槽體(1-2)與槽底(1-3)組成；在上槽體(1-1)頂部設置與空氣泵(10)相連的空氣入口(11)以及再生液入口(13)；在下槽體(1-2)中央設置再生液出口(7)；在上槽體(1-1)下端與下槽體(1-2)上端之間設置上硅膠密封墊(5-1)，在硅膠密封墊(5-1)中安裝不銹鋼網陽極(3)，而在硅膠密封墊(5-1)下面與下槽體(1-2)上端之間安裝上滌綸濾布(8-1)；在下槽體(1-2)下端與槽底(1-3)上面之間設置下硅膠密封墊(5-2)，在硅膠密封墊(5-2)中安裝不銹鋼網陰極(6)，而在硅膠密封墊(5-2)上面與下槽體(1-2)下端之間安裝下滌綸濾布(8-2)；直流穩壓電源(4)安裝在槽體(1)外面；直流穩壓電源(4)的陽極與不銹鋼網陽極(3)相連，而它的陰極與不銹鋼網陰極(6)相連；在由下槽體(1-2)、上滌綸濾布(8-1)與下滌綸濾布(8-2)構成的空間中裝填待再生鉀離子篩(9)；在槽體(1)內的再生液(2)液面與上槽體(1-1)上端之間形成空氣氣室(12)。2.根據權利要求1所述的再生鉀離子篩裝置，其特征在于槽體(1)是用有機玻璃或不銹鋼制成的圓柱體。3.根據權利要求2所述的再生鉀離子篩裝置，其特征在于所述圓柱體的高與直徑的比是1:5～1:10。4...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳亦力，李鎖定，李天玉，莫恒亮，張國軍，高士強，楊志濤，
申請(專利權)人：北京碧水源膜科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11
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