透析和电渗析
80页1、第5章透析、电渗析和膜电解电渗析主要内容1.基本概念2.电渗析机理3.电渗析用膜4.电渗析的应用基本概念什么是电渗析?电渗析是一种电化学过程,利用膜和电位差从水溶液和其它带荷电的混合物中分离离子物质的膜过程。什么是电渗析?利用带电离子或分子的传导电流的能力;膜是导电的,允许带正电荷通过的阳离子交换膜、允许带负电荷通过阴离子交换膜。电渗析的发展1.1890年,Ostwald揭示:若膜对阳离子和阴离子都不能渗透,则膜对任何电解质均不渗透;2.1911年,Donnan提出了描述浓度平衡的数学方程,产生了Donnan排斥机理;3.1925年,Michaelis和Fujita用均相弱酸性棉胶膜(焦木素Pyroxyline)进行了离子选择性膜的基础研究;4.1940年,Wassenegger和Jaeger用酚-甲醛缩聚树脂研制了离子交换膜;5.1950-1953年,Ionics公司、Rohm和Haas公司分别制备出商业化离子交换膜。电渗析技术的特点无化学添加剂、环境污染小;对原水含盐量变化适应性强;操作简单,易于实现机械化和自动化;设备紧凑耐用,预处理简单;水利用率高。电渗析种类倒极电渗析:一定时
2、间间隔正、负极互换,能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢、确保离子交换效率的长期稳定性及水质;填充床电渗析:将电渗析和离子交换结合起来;集中二者优点,提高极限电流密度和电流效率的作用,离子交换树脂被填充于淡化室外,被离子交换树脂稀饭的离子在电场力作用下不断迁移入浓水室,这样离子交换树脂不需再生,原料液中的离子可完全被除去;电渗析种类液膜电渗析:利用液膜来代替电渗析装置中的固态粒子交换膜,对于浓缩和提纯贵重金属具有高效性;高温电渗析:进料为高温溶液,降低了溶液粘度,提高扩散速率,增大溶液和膜的电导,从而提高了允许密度,提高设备的生产能力降低动力消耗;双极膜电渗析:双极膜是由阳离子交换膜和阴离子交换膜以及中间界面亲水层组成,当在阳极和阴极之间施加电压时,电荷通过离子进行传递,如果没有离子存在,则电流将由水解离出的氢离子和氢氧根离子传递。卷式电渗析器填充床电渗析器双极膜电渗析A为阴膜,B为双极膜,C为阳膜电渗析机理电渗析与反渗透电渗析与反渗透不同点:反渗透过程,水是在低压下透过膜,必要能耗是水分子透过膜在通道中摩擦引起的,表明与原水浓度无关;电渗析过程,是离子透过膜,从淡水侧迁移到浓水侧
3、,必要能耗是离子透过膜通道中摩擦引起的,与原水浓度成正比。电渗析膜对结构图 离子膜内外离子平衡膜产品及膜骨架分类 膜产品分类号产品名称膜骨架分类号骨架名称0强酸性0苯乙烯系1弱酸性1丙烯酸系2强碱性2酚醛系3弱碱性3环氧系4螯合型4乙烯吡啶系5两性5脲醛系6氧化还原型6氯乙烯系离子膜的主要技术指标指标名称技术指标值阳膜阴膜含水率(%)35503550交换容量(mol/kg干)2.01.8膜面电阻(cm2)1213选择透过率(%)9290 脱盐室中液体流路尺寸普通电渗析工艺过程 硬水的软化的阳离子电渗析柠檬汁减酸阴离子膜电渗析氨基酸电渗析过程电渗析中的传递现象电渗析中的传递现象 电渗析中的传递 a.反离子迁移反离子迁移,也即为与膜上固定离子基团电荷相反的离子的迁移。b;同名离子的迂移;同名离子的迂移,也即为与膜上固定离子(基团)电荷相同的离子的迁移。c电解质的渗析,电解质的渗析,这种渗析主要由于膜两侧浓水室与淡水室的浓度差引起的,使得电解质由浓水室向淡水室扩散。d水的渗透,水的渗透,随着电渗析的进行,淡水室中水含量逐渐升高,由于渗透压的作用,淡水室中的水会向浓水室渗透。e水的分解,水的分
4、解,这是由于电渗析过程中产生浓差极化,或中性水离解成OH-和H+所造成,控制浓差极化可防止这种现象产生。f水的电渗析水的电渗析,由于离子的水合作用,在反离和同名离子迁移时,会携带一定的水分子迁移。g压差渗漏压差渗漏,由于膜两侧的压力差,造成高压侧溶液向低压侧渗漏。电流密度与极限电流密度电流密度与极限电流密度 WILLSON EQUATION 实际操作电流密度实际操作电流密度极限电流密度的测定极限电流密度的测定极限电流的检测电流电压法某些类型隔板的经验系数 隔板结构经验系数厚度隔网形式Ab2鱼鳞网0.25601.92无网0.15791.21.5细网0.69341.3不同水型的水力常数、m、n值 常数值水型kikImn氯化钠水型0.54460.005931.00.660碳酸氢盐水型0.28930.004700.9580.658电流效率 电流效率表示电渗析过程中电流利用程度式中,法拉第常数F为26.8。苦盐水脱盐:电流效率一般为 90-95%海水脱盐:为 70-85%。出口浓度计算式中,ki、n为Wilson常数。极限电流下的脱盐率当电渗析器确定后,d、L 为常数,处理水型确定后,ki、n和
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