华北理工水质工程学教案25第八章苦咸水淡化与除盐8-3电渗析法除盐与淡化
17页1、课程名称:水质工程学I 第 周,第 25 讲次摘 要授课题目)章、节)8-3电渗析法淡化与除盐【目的要求】通过本讲课程的学习,学会建立的方法,的特点。【重 点】【难 点】内 容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】8-3电渗析法淡化与除盐膜分离法:反渗透,超滤和渗析法的统称。这几种方法的特点:都是利用物质的可选择透过性的膜。各种膜分离法的分离对象推动力。渗透膜能使溶剂(水)透过的现象称为渗透。渗析膜能使溶质透过的现象称为渗析。一、离子交换膜及其作用机理:(一)离子交换膜: 分类:阳膜:用阳离子交换树脂制成,只准阳离子通过。按选择透过性分:阴膜:用阴离子交换树脂制成,只准阴离子通过。异相膜:用粘合剂(或膜材料)与树脂粘合成膜并加入衬网面制成,两相不均匀。特点:价低,机械强度好,适水性大,但膜电阻大,耐热性差。按结构分类:均相膜:树脂与成膜材料均匀。特点:与异相膜相反。半均相膜:按抗腐蚀分类: 普通膜:抗氯膜:1、选择透过率:离子在溶液中与在交换膜中迁移数量不相同,在理想情况下,在膜中迁移比例应等于1,但实际上达不到1。阳膜对阳离子的选择透过率(P+):公式: 通电时阳离子所迁移的电量(实测
2、电量)与所有离子迁移总电量(理论量)之比值。 t+阳离子在溶液中的迁移数。阳离子在膜内的迁移数(理想膜,应为1)分子为:实际膜条件下,阳离子在阳膜内与在溶液中的迁移数之差。分母为:理想条件下阳离子在阳膜内与在溶液中的迁移数之差。P+越大,越接近1,膜性能越好。2、膜电阻:电阻率膜厚,单位:cm2(测定)(二)离子交换膜的作用机理:膜的主要性能:离子的选择透过性,作用机理为道南(唐南Donnan)平衡理论。Z离子不可透过膜, Na+;Cl可自由透过膜。NaZ 膜 NaCl (1) 膜 (2 )Z-(C1)Na+(C1)Cl-(C2)Na+(C2)Z-(C1)Na(C1+x)Cl-(x)Cl-(C2-x)Na+(C2-x)初始 平衡状态 当体系处平衡时,膜两侧的Na+和Cl-浓度的乘积,即扩散速率必须相等:1室 2室据电中性法则: 则: 将浓度代入:平衡态膜两侧Cl-比值:当1室Na+Z-浓度非常大时,x0,2室中的Cl-几乎不能透过膜来。我们把交换膜的溶液界面看成半透膜,固定于离子交换膜的活动基团(如树脂上的-SO4-)相当于Z-可交换离子为Na+,当膜含有相当多的活性基团时,溶液中的C
3、l- 几乎不进入膜内,也即膜对离子具有选择透过性。若增大C2 ,进入膜的Cl-也随着增加,膜的选择透过性相应降低。阴离子交换膜的原理也相同。二、电渗析原理及过程(一)原理:在电场力的作用下,使阴、阳离子作相反的一定向移动,利用阴阳离子交换膜对阴阳离子的选择透过性,使阴阳离子在浓室中浓度升高,淡室中浓度降低,来制取淡水。(二)电渗析的过程:通电后:水中的阴离子向阳极方向移动, 阳离子向阴极方向移动。阴膜可选择适过阴离子而阳离子不能通过;阳膜可选择适过阳离子而阴离子不能通过。极室中的反应:(1)阴极室进行还原反应:2H+2eH2形成了:Na(OH)、NaCl 碱性溶液。并形成:Mg(OH)2、CaCO3沉积于电极上。(水垢)(2)阳极室进行氧化反应:4OH-4eO2+2H2O2Cl-2eCl2形成了:HCl;NaCl酸性溶液。(三)耗电:1、极室反应耗电。2、电流通过溶液和膜时的电阻耗能。三、电渗析的构造与组装:(一)构造:部件:压板,电极托板,电极,极框,阴、阳膜,浓、淡水隔板等,整个结构分为膜堆、极区,紧固装量三大部分。1、膜堆:一对阴、阳膜和一对浓、淡水隔板,交替排列,组成最基本的脱
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