一种用于液体渗透压的测试装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于液体渗透压的测试装置和方法。该测试装置包括渗透部、加液部、视镜部和加压部。由加液部向渗透部加入待测液体，参考液体经膜渗透与待测液体混合后进入视镜部，采用加压部输送气体，使液面维持在视镜部一段时间后，读取压力值从而得到渗透压值。本发明为渗透压的测试提供了一种新型的测试方法和装置，有效测试渗透压的同时还考虑到浓差极化的影响。
【专利说明】一种用于液体渗透压的测试装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试液体渗透压的装置和方法。
【背景技术】
[0002]目前，膜法水处理技术在水处理过程中起着越来越重要的作用，而最近几年正渗透膜法水处理技术因其低压、低能耗、低污染等优点使其在海水淡化、苦咸水脱盐、污水处理、发电、药物释放等多种领域有了广泛的应用前景，正渗透技术得到了世界各国的广泛研究和重视。在正渗透过程中，溶液的渗透压是过程的动力，渗透压的大小决定着正渗透过程的处理效率，因此渗透压测试的装置和方法对于正渗透过程汲取液的选择方面具有重要的意义。
[0003]目前已有的渗透压测试方法主要是通过理论计算编成软件进行，其计算结果与溶液真实的渗透压有一定的偏差，因此本领域尚需提供一种用于测试液体渗透压的装置和方法，能够准确有效地测试液体的渗透压。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种测试液体渗透压的装置和方法。
[0005]本发明的第一方面，提供一种渗透压测试装置，所述装置包括:
[0006]渗透池，所述渗透池内部装有膜，所述膜将所述渗透池内部分为第一腔和第二腔；
[0007]加液部，待测液体通过所述加液部加入到所述渗透池的第一腔；
[0008]视镜部，所述视镜部设置在所述渗透池上端，且内部具有第一通孔，所述第一通孔的直径为1_-5_，所述第一通孔的一端与所述渗透池的第一腔相通；和
[0009]加压部，所述加压部包括压力缓冲室，压力表、气体输送部，其中，所述压力缓冲室设置在所述视镜部上端，所述第一通孔的另一端与所述压力缓冲室相通；所述气体输送部与所述压力缓冲室相通，用于将气体输送至所述压力缓冲室内；所述压力表连接在所述压力缓冲室上，用于检测所述压力缓冲室内气体的压力。
[0010]在另一优选例中，所述渗透池包括相对设置的第一壳体和第二壳体，所述膜设置在所述第一壳体和第二壳体之间，将渗透池分为第一腔和第二腔，其中，
[0011]所述第一壳体中部具有开口，与所述第二壳体相对的表面上设置有第一密封元件；
[0012]所述第二壳体包括第一横梁、第二横梁、以及连接在所述第一横梁和第二横梁之间的第一纵筋；所述第二壳体上具有第二通孔，贯穿所述第一横梁、第一纵筋、第二横梁，与所述第一腔和所述第一通孔相通；所述第一横梁上设置加液口，所述待测液体通过所述加液口由所述加液部加入到所述第一腔；所述第一横梁与所述第一壳体通过第一连接件连接，且所述第一横梁与所述第一壳体相对的表面上设置有第二密封元件。
[0013]在另一优选例中，所述第一横梁、第一纵筋、第二横梁是一体成型的。[0014]在另一优选例中，所述第一壳体、第二壳体是不锈钢制成的。
[0015]在另一优选例中，所述开口构成第二腔。
[0016]在另一优选例中，所述第一横梁与所述第一壳体相对的表面上刻有凹槽，所述凹槽构成所述第一腔。
[0017]在另一优选例中，所述第一横梁与所述第一壳体为法兰连接。
[0018]在另一优选例中，所述第一连接件为螺栓。
[0019]在另一优选例中，所述渗透池还包括支承件，所述支承件设置在所述膜与所述第一壳体和/或与第二壳体之间。
[0020]在另一优选例中，所述支撑件是不锈钢筛网。
[0021]在另一优选例中，所述压力缓冲室包括上盖体和底座板，所述上盖体和底座板形成的内部空腔用于充入气体，所述底座板设置在所述视镜部上端，且所述底座板上设置有第三通孔，所述第三通孔两端分别与所述第一通孔、所述空腔相通，且所述底座板与所述第二横梁通过第二连接件连接。
[0022]在另一优选例中，所述压力缓冲室是由不锈钢制成的。
[0023]在另一优选例中，所述上盖体和所述底座板是一体成型的。
[0024]在另一优选例中，所述第二连接件为螺栓。
[0025]在另一优选例中，所述视镜部为玻璃柱，所述玻璃柱内部具有第一通孔，所述玻璃柱具有以下一个或多个特征:
[0026](i)所述玻璃柱的直径为lcm_20cm ；
[0027](ii)所述玻璃柱的承压范围为100-200大气压；
[0028](iii)所述玻璃柱上具有刻度线。
[0029]在另一优选例中，所述气体输送部包括:
[0030]气体盛载部，用于盛载气体；
[0031]气体输送管，包括送气管，放气管，所述送气管用于将气体由所述气体盛载部输送至所述压力缓冲室内，所述送气管上设置三通，连接所述放气管，用于放出所述压力缓冲室内的气体。
[0032]在另一优选例中，所述放气管上设置一球阀；所述送气管上依次设置一气体调节阀、一球阀。
[0033]在另一优选例中，放气管、进气管、各阀门的设置还可为系统提供压力平衡。
[0034]开启关闭球阀，用于通气或停止通气。
[0035]气体调节阀用于调节通入气体的流量。
[0036]在另一优选例中，所述加液部包括加液管，所述加液管与所述渗透池的第一腔相通，且所述加液管上设置一阀门。
[0037]在另一优选例中，加液时打开阀门，将待测液体加入到渗透池的第一腔中，加液完毕后拧紧阀门，以保持系统的密封性。
[0038]在另一优选例中，所述膜为正渗透膜。
[0039]本发明的第二方面，提供一种渗透压测试方法，采用第一方面所述的装置，包括以下步骤:
[0040](a)将膜放置在所述渗透池内部，将渗透池密封防止漏液；[0041](b)将待测液体通过所述加液部加入到所述渗透池的第一腔；
[0042](c)将所述渗透池置于参考液体中，所述参考液体通过所述渗透池的第二腔、所述膜进入到所述渗透池的第一腔与待测液体形成混合溶液，并进入到第一通孔内；
[0043](d)当所述混合溶液达到所述第一通孔的设定位，由气体输送部向所述压力缓冲室输送气体，使混合溶液维持在所述设定位；
[0044](e)混合溶液维持在所述设定位0.5_2h，读取所述压力表上的压力值，与所述参考液体的渗透压之和即为待测液体的渗透压。
[0045]在另一优选例中,所述气体为氮气、氦气、氩气、或氧气。
[0046]在另一优选例中，所述膜为正渗透膜，只允许一种分子(溶剂分子)通过而其它离子和分子均不能透过的高分子薄膜。
[0047]在另一优选例中,所述参考液体为测试液体相应的溶剂。
[0048]在另一优选例中，所述参考液体是指相对于测试液体来说渗透压为O的液体，作为测试液体渗透压测试的基准。
[0049]本发明提供了一种新型的测量液体渗透压的装置和方法，不仅可以测量低渗透压(如< I个大气压)的液体，还可以测量具有高渗透压(如10-900个大气压)的液体。本发明的装置在检测液体渗透压的同时，考虑了膜的浓差极化现象的影响，操作简单，液面达到平衡半小时左右后即可通过直接读取压力表的值从而或到渗透压值。
[0050]应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]图1为本发明的测试装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0052]本申请的发明人经过广泛而深入的研究，首次意外研发出一种测试液体渗透压的装置和方法，利用溶液之间的渗透压差产生的推动力而产生的液体运动进行相关测试，可以直接通过压力表上测试出液体的渗透压，方法简单准确。在此基础上，完成了本发明。
[0053]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
[0054]渗透压测试装置
[0055]如图1所示，本发明的渗透压测试装置，包括:
[0056]渗透池1，所述渗透池I内部装有膜2，所述膜2将所述渗透池I内部分为第一腔3和第二腔4 ；
[0057]加液部5，待测液体通过所述加液部5加入到所述渗透池I的第一腔3 ；
[0058]视镜部6，所述视镜部6设置在所述渗透池I上端，且内部具有第一通孔7，所述第一通孔7的直径为1_-5_，所述第一通孔7的一端与所述渗透池I的第一腔3相通；
[0059]加压部8，所述加压部8包括压力缓冲室9，压力表10、气体输送部11，其中，所述压力缓冲室9设置在所述视镜部6上端，所述第一通孔7的另一端与所述压力缓冲室9相通；所述气体输送部11与所述压力缓冲室9相通，用于将气体输送至所述压力缓冲室9内；所述压力表10连接在所述压力缓冲室9上，用于检测所述压力缓冲室9内气体的压力。
[0060]在一优选例中，所述的膜2为高分子水处理膜。
[0061]在一优选例中，所述膜2为正渗透膜。正渗透是指水从较高水化学势(或较低渗透压)一侧区域通过选择透过性膜流向较低水化学势(或较高渗透压)一侧区域的过程。用于该过程的选择透过性膜即为正渗透膜。本发明的装置对正渗透膜没有特别的限制，使用各种市售的或实验室制备的正渗透膜均可，如常用的二醋酸纤维素正渗透膜、三醋酸纤维素正渗透膜、或聚酰胺正渗透膜等。
[0062]在一优选例中，所述渗透池I包括相对设置的第一壳体12和第二壳体13，所述膜2设置在所述第一壳体12和第二壳体13之间，将渗透池I分为第一腔3和第二腔4，其中，
[0063]所述第一壳体12中部具有开口 14，所述第一壳体12上与所述第二壳体13相对的表面上设置有第一密封兀件20 ；
[0064]所述第二壳体13包括第一横梁15、第二横梁16、以及连接在所述第一横梁15和第二横梁16之间的第一纵筋17 ;所述第二壳体13上具有第二通孔18，贯穿所述第一横梁
15、第一纵筋17、第二横梁16,与所述第一腔3和所述第一通孔7相通；所述第一横梁15上设置加液口 19，所述待测液体通过所述加液口 19由所述加液部5加入到所述第一腔3 ;所述第一横梁15与所述第一壳体12通过第一连接件(图未不)连接,且所述第一横梁15与所述第一壳体12相对的表面上设置有第二密封元件21。
[0065]在另一优选例中，所述第一横梁15、第一纵筋17、第二横梁16是一体成型的。
[0066]在另一优选例中，所述第一壳体12、第二壳体13是不锈钢制成的。
[0067]在另一优选例中，所述开口 14构成第二腔4。
[0068]在另一优选例中，所述第一横梁15与所述第一壳体12相对的表面上刻有凹槽(图未示)，所述凹槽构成所述第一腔3。
[0069]在另一优选例中，所述第一横梁15与所述第一壳体12为法兰连接。
[0070]在另一优选例中，第一密封元件20、第二密封元件21为密封圈。
[0071]在另一优选例中，所述第一连接件为螺栓。
[0072]在另一优选例中，所述渗透池I还包括支承件22，所述支承件设置在所述膜2与所述第一壳体12和/或与第二壳体13之间。
[0073]在另一优选例中，所述支撑件22是不锈钢筛网，设置在所述膜2与所述第一壳体12之间。
[0074]在另一优选例中，所述支撑件22是不锈钢筛网，设置在所述膜2与所述第一横梁15之间。
[0075]在一优选例中，所述视镜部6为玻璃柱，所述玻璃柱内部具有第一通孔7，所述玻璃柱具有以下一个或多个特征:
[0076]⑴所述玻璃柱的直径为lcm_20cm ；
[0077](ii)所述玻璃柱的承压范围为100-200大气压；
[0078](iii)所述玻璃柱上具有刻度线。
[0079]在另一优选例中，所述玻璃柱的直径为2cm_10cm。[0080]由承压的刻有刻度的玻璃柱制成视镜部，内部具有第一通孔7，可以观察液体的运动状况，其液面的高低可用来监控溶液渗透压的大小。
[0081]在一优选例中，所述压力缓冲室9包括上盖体23和底座板24，所述上盖体23和底座板24形成的内部空腔25用于充入气体，所述底座板24设置在所述视镜部6上端，且所述底座板24上设置有第三通孔26，所述第三通孔26两端分别与所述第一通孔7、所述空腔25相通，且所述底座板24与所述第二横梁16通过第二连接件(图未示)连接。
[0082]在另一优选例中，所述压力缓冲室9是由不锈钢制成的。
[0083]在另一优选例中，所述上盖体23和所述底座板24是一体成型的。
[0084]在另一优选例中，所述第二连接件为螺栓。
[0085]在一优选例中，所述气体输送部11包括:
[0086]气体盛载部(图未不)，用于盛载气体；
[0087]气体输送管，包括送气管28，放气管29，所述送气管28用于将气体由所述气体盛载部输送至所述压力缓冲室9内，所述送气管28上设置三通30，连接所述放气管29，用于放出所述压力缓冲室9内的气体。
[0088]在另一优选例中,所述气体为氮气、氦气、氩气、或氧气。
[0089]在另一优选例中，所述放气管29上设置一球阀31 ;所述送气管28上依次设置一气体调节阀32、一球阀33。
[0090]开启关闭球阀31、33，用于通气或停止通气。
[0091]气体调节阀32用于调节通入气体的流量。
[0092]放气管29、进气管28、各阀门的设置可为系统提供压力平衡。通过气体的压力控制将第一通孔中的液面控制在一定高度上，通过各阀门调节气体流量时液面达到平衡，从而测得溶液的渗透压。
[0093]在一优选例中，所述加液部5包括加液管34，所述加液管34与所述渗透池I的第一腔3相通，且所述加液管34上设置一阀门35。
[0094]加液时打开阀门35，将待测液体加入到渗透池I的第一腔3中，加液完毕后拧紧阀门35，以保持系统的密封性。
[0095]渗透压测试方法
[0096]本发明的渗透压测试方法，采用以上所述的装置，包括以下步骤:
[0097](a)将膜2放置在所述渗透池I内部，将渗透池I密封防止漏液；
[0098](b)将待测液体通过所述加液部5加入到所述渗透池I的第一腔3 ；
[0099](c)将所述渗透池I置于参考液体中，所述参考液体通过所述渗透池I的第二腔
4、所述膜2进入到所述渗透池I的第一腔3与待测液体形成混合溶液，并进入到第一通孔7内；
[0100](d)当所述混合溶液达到所述第一通孔7的设定位，由气体输送部11向所述压力缓冲室9输送气体，使混合溶液维持在所述设定位；
[0101](e)混合溶液维持在所述设定位0.5_2h，读取所述压力表10上的压力值，该压力值与所述参考液体的渗透压之和即为待测液体的渗透压。
[0102]在另一优选例中,所述气体为氮气、氦气、氩气、或氧气。
[0103]在另一优选例中，所述膜2为正渗透膜，只允许一种分子(溶剂分子)通过而其它离子和分子均不能透过的高分子薄膜。
[0104]在另一优选例中，所述参考液体为待测液体相应的溶剂，如水。
[0105]在另一优选例中，所述参考液体是指相对于待测液体来说渗透压为O的液体，作为测试液体渗透压测试的基准。
[0106]在另一优选例中，所述设定位是测量前由测试人员在视镜部设定的期望液面达到的位置，如所述第一通孔7的中部位置。
[0107]在另一优选例中，采用本发明的装置检测渗透压时，将膜2置于渗透池I内部，支撑件22位于膜的上下表面、在所述膜2与所述第一壳体12、膜与第二壳体13的所述第一横梁15之间，采用第一连接件连接第一横梁15和第一壳体12，在第一密封元件20第二密封元件21的作用下，使第一腔3形成为密封的空间。开启加液部5的阀门35，将待测液体注入到渗透池I的第一腔3，所述膜2上。加液完毕后关闭阀门35，以保持渗透池I的密封性。将装置密封好后将渗透池I放置于盛有参考液体(如去离子水)的容器中，由于膜2两侧的渗透压不用，参考液体经第一壳体12的开口 14进入到第二腔4、透过膜2进入到第一腔3与待测液体混合，再通过第二通孔18进入到视镜部6的第一通孔7。当液面达到第一通孔7的设定位(如第一通孔7的中部)时，缓慢开启气体输送部11的送气管28上的球阀33，将气体输送至压力缓冲室9，并通过第三通孔26进入第一通孔7至液面上，同时调节送气管28上的气体调节阀32，使液面维持在设定位，30min后读取压力表10的压力值，将该压力值与所述参考液体的渗透压相加即得到待测液体的渗透压。
[0108]应用实施例1
[0109]采用去离子水为参考液，测试35000mg.T1NaCl溶液的渗透压。采用二醋酸纤维素渗透膜为测试用膜，将其固定于渗透池内固定密封，通过加液部加入IOml待测溶液到第一腔，将装置密封好，放置于盛有去离子水的水平容器中，一段时间后，视镜部中液面上升，当液面上升至第一通孔中部位置时，慢慢开启气体输送部进行加压，同时保持第一通孔中的液面维持在同一高度处，直至压力加到某一值后液面达到平衡，此时压力表示数为2.7MPa，因去离子水的渗透压为0，所以，待测溶液的渗透压为2.7MPa。
[0110]文献中查得35000mg.L—1的NaCl溶液的计算渗透压在2.8MPa，3.6%的误差来源于渗透膜在渗透过程中产生的浓差极化引起的误差以及测试装置本身存在的部分误差以及部分人为误差，其误差在可接受范围内。
[0111]应用实施例2
[0112]采用去离子水为参考液，测试IOOOmg.L—1蔗糖溶液的渗透压。采用聚酰胺渗透膜为测试用膜，将其固定于渗透池内固定密封，其上加入IOml待测溶液，将装置密封好，放置于盛有去离子水的水平容器中，一段时间后，视镜部中液面上升，当液面上升至第一通孔中部位置时，慢慢开启气体输送部进行加压，同时保持第一通孔中的液面维持在同一高度处，直至压力加到某一值后液面达到平衡，此时压力表示数为0.0029MPa，因去离子水的渗透压为0，所以，待测溶液的渗透压为0.0029MPa。
[0113]文献中查得35000mg.L—1的NaCl溶液的计算渗透压在0.00292MPa，误差来源于渗透膜在渗透过程中产生的浓差极化引起的误差以及测试装置本身存在的部分误差以及部分人为误差，其误差在可接受范围内。
[0114]除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
[0115]本发明的有益之处在于:
[0116](I)提供了一种新型的测量液体渗透压的装置和方法。
[0117](2)本发明的装置不仅可以测量低渗透压(如< I个大气压)的液体，还可以测量具有高渗透压(如10-900个大气压)的液体。
[0118](3)本发明的装置在检测液体渗透压的同时，考虑了膜的浓差极化现象的影响。
[0119](4)本发明的装置，操作简单，液面达到平衡半小时左右后即可通过直接读取压力表的值从而或到渗透压值。
[0120]在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1.一种渗透压测试装置，其特征在于，所述装置包括: 渗透池，所述渗透池内部装有膜，所述膜将所述渗透池内部分为第一腔和第二腔； 加液部，待测液体通过所述加液部加入到所述渗透池的第一腔； 视镜部，所述视镜部设置在所述渗透池上端，且内部具有第一通孔，所述第一通孔的直径为1_-5_，所述第一通孔的一端与所述渗透池的第一腔相通；和 加压部，所述加压部包括压力缓冲室，压力表、气体输送部，其中，所述压力缓冲室设置在所述视镜部上端，所述第一通孔的另一端与所述压力缓冲室相通；所述气体输送部与所述压力缓冲室相通，用于将气体输送至所述压力缓冲室内；所述压力表连接在所述压力缓冲室上，用于检测所述压力缓冲室内气体的压力。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述渗透池包括相对设置的第一壳体和第二壳体，所述膜设置在所述第一壳体和第二壳体之间，将渗透池分为第一腔和第二腔，其中， 所述第一壳体中部具有开口，与所述第二壳体相对的表面上设置有第一密封元件；所述第二壳体包括第一横梁、第二横梁、以及连接在所述第一横梁和第二横梁之间的第一纵筋；所述第二壳体上具有第二通孔，贯穿所述第一横梁、第一纵筋、第二横梁，与所述第一腔和所述第一通孔相通；所述第一横梁上设置加液口，所述待测液体通过所述加液口由所述加液部加入到所述第一腔；所述第一横梁与所述第一壳体通过第一连接件连接，且所述第一横梁与所述第一壳体相对的表面上设置有第二密封元件。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述渗透池还包括支承件，所述支承件设置在所述膜与所述第一壳体和/或与第二壳体之间。
4.如权利要求2所述的装置，其特`征在于，所述压力缓冲室包括上盖体和底座板，所述上盖体和底座板形成的内部空腔用于充入气体，所述底座板设置在所述视镜部上端，且所述底座板上设置有第三通孔，所述第三通孔两端分别与所述第一通孔、所述空腔相通，且所述底座板与所述第二横梁通过第二连接件连接。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述视镜部为玻璃柱，所述玻璃柱内部具有第一通孔，所述玻璃柱具有以下一个或多个特征: (i)所述玻璃柱的直径为lcm-20cm ； (?)所述玻璃柱的承压范围为100-200大气压； (iii)所述玻璃柱上具有刻度线。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体输送部包括: 气体盛载部，用于盛载气体； 气体输送管，包括送气管，放气管，所述送气管用于将气体由所述气体盛载部输送至所述压力缓冲室内，所述送气管上设置三通，连接所述放气管，用于放出所述压力缓冲室内的气体。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述放气管上设置一球阀；所述送气管上依次设置一气体调节阀、一球阀。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加液部包括加液管，所述加液管与所述渗透池的第一腔相通，且所述加液管上设置一阀门。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述膜为正渗透膜。
10.一种渗透压测试方法，其特征在于，采用权利要求1所述的装置，包括以下步骤: (a)将膜放置在所述渗透池内部，将渗透池密封防止漏液； (b)将待测液体通过所述加液部加入到所述渗透池的第一腔； (c)将所述渗透池置于参考液体中，所述参考液体通过所述渗透池的第二腔、所述膜进入到所述渗透池的第一腔与待测液体形成混合溶液，并进入到第一通孔内； (d)当所述混合溶液达到所述第一通孔的设定位，由气体输送部向所述压力缓冲室输送气体，使混合溶液维持在所述设定位； (e)混合溶液维持在所述设定位0.5-2h，读取所述压力表上的压力值，与所述参考液体的渗透压之和即为待测液 体的渗透压。
【文档编号】G01N13/04GK103884629SQ201310042017
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年1月30日 优先权日:2013年1月30日
【发明者】薛立新, 杜旭东, 黄燕, 陈修碧 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所