第七章离子交换膜和电渗析(ED)
电渗析(ED)装置介绍讲解
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工程案例 二
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它是直流式和循环式除盐相结合的一种方式：在部分循环式除盐工艺系统中 ，电渗析器的出口淡水分成两路，一路连续出水供用户使用；另一路返回电渗析 器与水箱中水相混，继续进行除盐。其特点是用定型设备．可适用不同水质和水 量的要求。在原水含盐量变化时，可调节循环量去保持出水水质稳定，但系统较 复杂。
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电渗析法除盐工艺系统介绍 三
二)电渗析器与其他水处理设备的组合除盐系统 电渗析一般用于含盐量较高的苦咸水、高硬度水的部分除盐，以
作深度除盐的顶处理。由于电渗析法除盐有其适用范围．在应用中， 应根据原水水质和除盐水水质要求，与离子交换水处理技术等相结合 ，使其在水处理工艺中各自发挥其优势，以达到合理的技术经济效果 ，并能稳定运行。其常用的组合除盐水处理系统如下。 1．“预处理－电渗析－离子交换”的组合除盐系统 2．“预处理－离子交换－电渗析”的组合除盐系统 3．“预处理－离子交换(软化)－电渗析离子交换(软化)”的组合除盐 系统
装置。
： 二 结构 电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分构成。
1: 膜块；是由相当数量膜对组装而成。 a) 膜对：是由一张阳离子交换膜，一张隔板甲（或乙）；一张阴膜，一张隔板乙（或甲
）组成。 b) 离子交换膜：是电渗析器关键部件，其性能影响电渗析器的离子迁移效率、能耗、抗
电渗析技术的简介
电渗析技术的简介一、电渗析技术简介及其发展背景电渗析(eletrodialysis,简称ED) 技术是膜分离技术的一种,它将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间,并用特制的隔板将其隔开,组成除盐(淡化)和浓缩两个系统,在直流电场作用下,以电位差为动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
电渗析技术的研究始于德国,1903年,Morse和Pierce把2根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中,发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去;1924年,Pauli采用化工设计的原理,改进了Morse的实验装置,力图减轻极化,增加传质速率。
但直到1950年Juda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜后,电渗析技术才进入了实用阶段,其中经历了三大革新:(1) 具有选择性离子交换膜的应用;(2) 设计出多隔室电渗析组件;(3) 采用频繁倒极操作模式。
现在离子交换膜各方面的性能及电渗析装置结构等不断革新和改进,电渗析技术进入了一个新的发展阶段,其应用前景也更加广阔。
电渗析器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。
离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。
阳膜只允许通过阳离子,阻止阴离子通过,阴膜只允许通过阴离子,阻止阳离子通过。
在外加直流电场的作用下,水中离子作定向迁移。
由于电渗析器是由多层隔室组成,故淡室中阴阳离子迁移到相邻的浓室中去,从而使含盐水淡化。
在食品及医药工业,电渗析可用于从有机溶液中去除电解质离子, 在乳清脱盐、糖类脱盐和氨基酸精制中应用得都比较成功。
电渗析作为一种新兴的膜法分离技术,在天然水淡化,海水浓缩制盐,废水处理等方面起着重要的作用,已成为一种较为成熟的水处理方法。
二、几种电渗析技术1 倒极电渗析( EDR)倒极电渗析就是根据ED 原理,每隔一定时间(一般为15～20 min) ,正负电极极性相互倒换,能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢,以确保离子交换膜工作效率的长期稳定及淡水的水质水量。
电渗析法基本原理
电渗析法（ED）基本原理
离子交换膜是电渗析器的关键部件，它是由高分子材料制成的对离子具有选择透过性的薄膜。
在处理含多价金属离子和阴离子的水体时，阳离子交换膜表面经常由于Ca2+、Mg2+、CO32-、S042-等离子在表面的大量存在，造成污染。
由于这些离子结合形成的沉淀会覆盖在膜表面，造成膜的堵塞，会提高总电阻，从而影响膜的使用寿命，电渗析器的正常运转和产水水质⋯。
而目前控制膜污染的方法主要包括对料液进行预处理，加入阻垢剂，和优化操作条件等。
ED法是利用阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐(淡化)和浓缩两个系统。
当向隔室通人盐水后，在直流电场作用下，阳离子向负极迁移，井只能通过阳离子交换膜，阴离子向正极迁移，只能通过阴离子交换膜，而使淡室中的盐水被淡化。
浓室中的盐水被浓缩。
一般来说，淡水作为产水被回收利用。
浓水作为废水排掉，其作用原理如图1所示。
图1 电渗析（ED)原理。
第七章离子交换膜
电渗析浓缩海水蒸发结晶制备食盐，不受地理气候限制， 易于自动化和工业化
? 废水处理 ? 脱除有机物中的盐分
目前，电渗析在废水处理实践中应用最普遍的有：
⑴ 造纸工业废水处理，利用电渗析法处理造纸工业的亚硫酸纸 浆废液和洗浆废水及碱法造纸黑液，从中回收化学药品，已 得到工业应用。
第五节 电渗析器
一、电渗析器的主要结构 电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分组成 常用基本术语包括膜对、级、段等 膜对：由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓）
水室隔板交替排列成浓水室和淡水室，最小电渗析工 作单元 膜堆由一系列膜对组成，位于电渗析器的中部。 极区由托板、电极、极框和弹性垫板组成 压紧装置由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜堆组 成不漏水的电渗析器整体
的，哪些是非正常的？ ? 电渗析过程中离子交换膜起什么作用？阳膜和阴膜各带什么
电荷，它们有什么特点？ ? 电渗析过程发生的两个基本条件 ? 离子交换膜为什么具有选择透过性？它的主要性能有哪些？ ? 电渗析器的主要结构，膜对、膜堆以及段和级的含义，它有
哪些性能指标？ ? 双极膜的特点 ? 电渗析的应用主要是水的纯化和脱盐
按照离子交换膜的主体组分可分为均相膜和异相膜
均相膜中各成分以分子状态均匀分布，不存在相界面 异相膜是通过胶黏剂把粉状树脂制成片状膜，存在相界面
1.异相膜（压延和模压，溶液型胶黏剂，离子型交换树脂） 2.半均相膜（胶黏剂吸浸单体后聚合制备树脂，均匀分散） 3.均相膜（直接薄膜化，制备基膜后引入离子交换基团或者
能使离子透过的细孔
? 常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳离子交换 膜、阴离子交换膜 、特殊离子交换膜 三大类
? 阳膜含有酸性活性基团，解离出阳离子，使膜呈负电 性，选择性透过阳离子
电渗析的工作原理
电渗析的工作原理
电渗析（Electrodialysis，简称ED）是一种利用电场作用下的离子选择性透析现象来实现离子选择性透析分离的技术。
它是一种利用电场作用下的离子选择性透析现象来实现离子选择性透析分离的技术。
电渗析技术已经在水处理、食品加工、药品制备等领域得到了广泛应用。
电渗析的工作原理主要包括两个基本过程，电场驱动和离子选择性透析。
在电渗析过程中，通过外加电场，正负离子被分别迁移至阳极和阴极，从而实现了离子的分离。
这种分离是基于膜的选择性透析特性，即膜对不同离子的透析速率不同，从而实现了对混合离子溶液的分离。
在电渗析设备中，通常会采用阳离子交换膜和阴离子交换膜来实现对离子的选择性透析。
阳离子交换膜具有对阴离子通透性，而阴离子交换膜则具有对阳离子通透性。
当混合离子溶液通过这两种离子交换膜时，根据离子的电荷和大小，它们会被分别迁移至阳极和阴极，从而实现了离子的分离。
电渗析技术的工作原理在实际应用中具有重要意义。
首先，它可以实现对混合离子溶液的高效分离，从而得到纯净的产物。
其次，它可以实现对水中的离子、微污染物的去除，达到水处理和净化的目的。
此外，电渗析还可以用于食品加工、药品制备等领域，实现对离子的选择性提取和分离。
总的来说，电渗析是一种利用电场驱动下的离子选择性透析现象来实现离子分离的技术。
通过对离子交换膜的选择和电场的控制，可以实现对混合离子溶液的高效分离，具有广泛的应用前景和重要的工程价值。
第七章-膜分离技术
二、超滤的浓差极化 溶质会在膜表面积聚
超滤分离原理示意图
并形成从膜面到主体溶液之间的浓度梯度。
减轻浓差极化的措施： ① 错流设计，以利清除极化层； ② 流体流速提高，增加流体的湍动程度； ③ 采用脉冲以及机械刮除法维持膜表面的清洁。 三、超滤膜 常用的膜材料有醋酸纤维、聚砜、聚丙烯睛、聚酰胺、
四、微滤的应用
｛ 1.微滤膜的特点
⑴孔径的均一性 ⑵空隙率高
⑶材薄
｛ ｛｛ 2.微滤的应用
⑴实验室中的应用 ⑵工业上的应用
微生物检测 微粒子检测
制药工业 电子工业
其他领域
二、电渗析的流程 各种电渗析器的组合方式示意图
直流式电渗析除盐流程
循环式电渗析除盐流程
部分循环式电渗析除盐流程
三、电渗析技术的应用 （１）咸水脱盐制淡水
电渗析脱盐生产淡水的工艺流程 1-渗析槽；2-冷凝器；3-浓缩罐；4-结晶罐；5-涡轮机；6-锅炉；7-浓液槽
（2）重金属污水处理
电渗析处理电镀含镍污水工艺流程
极化的危害： ① Ca2+、Mg2+等离子时将形成沉淀； ②膜电阻增大，降低分离效率。
4．离子交换膜 可分为三类： （1）均相离子交换膜； （2）非均相离子交换膜 ； （3）半均相离子交换膜。 对离子交换膜的要求是： ① 有良好的选择透过性； ② 膜电阻应低，膜电阻应小于溶液电阻； ③ 有良好的化学稳定性和机械强度；有适当的孔隙度。
②对溶剂渗透通量的增加提出了限制； ③膜表面上形成沉淀，会堵塞膜孔； ④会导致膜分离性能的改变； ⑤出现膜污染。
各种组件的比较
三、反渗透组件及其技术特征
电渗析(ED)技术及操作简介
电渗析（ED）技术及操作简介电渗析原理电渗析器是在外加直流电场的作用下，当含盐分的水流经阴、阳离子交换膜和隔板组成的隔室时，水中的阴、阳离子开始定向运动，阴离子向阳极方向移动，阳离子向阴极方向移动，由于离子交换膜具有选择透过性，阳离子交换膜（简称阳膜）的固定交换基团带负电荷，因此允许水中阳离子通过而阻挡阴离子，阴离子交换膜（简称阴膜）的固定交换基团带正电荷，因此允许水中的阴离子通过而阻挡阳离子，致使淡水隔室中的离子迁移到浓水隔室中去，从而达到淡化的目的。
电渗析器通电以后，电极表面发生电极反应，致使阳极水呈酸性，并产生初生态的氧O2和氧气Cl2。
阴极水呈减性，当极节水中有Ca=+和Ng++时由生成CaCO3和Ng(OH)2水垢，结集在阴极上，阴极室有氧气H2排出。
因此极水要畅通，不断排出电极反应产物，有利于电渗析器正常运行。
三、电渗析的结构电渗析不论其规格怎样，形式如何，均由膜堆、电极、夹紧装臵三大部件组成。
1.膜堆一张阳膜、一张隔膜、一张阴膜，再一张隔板组成一个膜对，一对电极之间所有的膜对之和称膜堆。
它是电渗析器的心脏部件，也是电渗析器性能好、坏的关键部件。
在此简单介绍组成膜对零件的主要材料：（1）阴、阳离子交换膜：按膜中活性基团的均一程度可分为异相膜（非均质），均相膜与半均相膜。
理论上讲均相膜优越，事实上由于各制膜厂技术水平不齐，生产经验不等，制出来的膜性能相关很大，即使同一家厂的产品由于批号不一样性能差别也不小。
本所通过试制比较确定采用上海化工厂生产的异相膜，该膜性能相对比较稳定。
（2）隔板：本所电渗析器隔板流进均为无回路短流形式。
其边框采用0.9毫米聚丙烯板冲压成型。
内烫二聚丙烯丝编织网构成水流通道，有时根据用户需要选用0.5或1.2毫米聚丙烯板加工成型（一般说隔板愈薄脱盐效果越好，但对进水水质要求也愈高）。
2.电极一般电渗析的电极采用石墨、铅、不锈钢材料，这些电极材料易得，造价低，制作方便；但电化学性能不好，寿命短。
电渗析操作说明
电渗析系统操作说明一、电渗析（ED）概述电渗析是一种利用荷电膜的选择透过性和电场力作用对水中的离子型物质进行分离而达到脱盐、浓缩等预期目的的一种膜分离设备。
电渗析器的主要部件为阴、阳离子交换膜、隔板、电极和直流电源四部分。
隔板构成的隔室为液体流经过的通道。
物料经过的隔室为脱盐室，浓水经过的隔室为浓缩室。
在直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，阳离子透过阳膜，阴离子透过阴膜，脱盐室的离子向浓缩室迁移，浓缩室的离子由于膜的选择透过性而无法向脱盐室迁移。
这样淡室的盐分浓度逐渐降低，相邻浓缩室的盐分浓度相应逐渐升高。
经过这样的过程物料中的盐分得以脱除。
电渗析膜技术主要应用于化学制药工艺中物料的脱盐（灰份的去除），涉及的脱盐产品有阿斯巴甜、L-肉碱、碘海醇、甘露醇、各类氨基酸、各种糖类、有机酸、醇类等。
也可用于高含盐废水的进一步浓缩，含氨氮废水的零排放处理，电镀废液中的金属回收，冶金行业的废水回用等。
二、电渗析安装示意图1、膜堆组装顺序：铁夹板－绝缘橡皮－电极板A－极室格网及极框－极膜－隔板正－阴膜－隔板反－阳膜－隔板正－阴膜－隔板反－……阴膜－隔板反－极膜－极室格网及极框－电极板B－绝缘橡皮－铁夹板。
膜堆组装顺序图2、组装过程请注意隔板的正反和膜片的交替顺序，防止浓淡水室的混料。
3、紧固夹紧螺杆时，首先从电渗析中部的螺杆开始上紧螺母，要求对角上紧并均匀用力，切不可单边用力过猛。
4、上紧螺杆后，再把电渗析器用起吊设备吊起，安装到支撑架上。
过程中需要注意电渗析器的重心位移，防止砸坏设备和造成人员的受伤。
-4-·5、电渗析器安装完毕后，将极水管、浓水管、淡水管和相应的电渗析器上的接口连接牢固。
电渗析管路连接图三、电渗析器进料要求：料液温度：5~40℃PH：2~12浊度＜0.3mg/L高锰酸钾指数＜3mg/L游离氯＜ 1.5mg/LFe3+＜0.3mg/LMn2+＜0.1mg/L进电渗析器之前，料液需经精度小于2微米过滤器过滤。
电渗析技术
膜堆：
其结构单元包括阳膜、隔板(浓、淡水室)、阴膜，一 个结构单元也叫一个膜对。 一台电渗析器由许多膜对 组成，这些膜对总称为膜堆。 隔板常用l～2mm的硬聚氯乙 烯板制成，板上开有配水孔、 布水槽、流水道、集水槽和集 水孔。隔板的作用是使两层膜 间形成水室，构成流水通道， 并起配水(淡化室)和集水(浓缩 室)的作用。
基本条件：
（1）离子交换膜的选择透过性 （2）直流电场
1.1 电渗析的定义
离子交换膜：离子交换膜的实质是渗析膜，对阴、阳离
子具有选择透过性。离子交换膜具有选择透过性是由于膜 上的固定离子基团吸引膜外溶液中异种电荷离子，使它能 在电位差或同时在浓度差的推动下透过膜体，同时排斥同 种电荷的离子，拦阻它进入膜内。
2.2 电渗析器的介绍
电渗析器(electordialyzer)简称ED，利用电渗析原理， 在离子交换膜和直流电场的基本条件下，使电解质的离 子产生选择性迁移，可实现溶液的淡化、浓缩、精制或 纯化等工艺过程的设备。
2.2 电渗析器的介绍
电渗析器的构造由膜堆、极区和压紧装置三
大部分构成。
2.2 电渗析器的介绍
1.2 电渗析的原理
（2）从作用机理来说，离子交换属于 离子转移 置换，离子交换树脂在过程中发生离子交换反应。 而电渗析属于离子截留置换，离子交换膜在过程 中起离子选择透过和截阻作用。所以更精确地说， 应该把离子交换膜称为离子选择性透过膜； （3）电渗析的工作介质不需要再生，但消耗电 能；而离子交换的工作介质必须再生，但不消耗 电能。
①非均相(异相)离子交换膜。指由离子交换树脂的细粉末
和起粘合作用的高分子材料经加工制成的离子交换膜。 （树脂分散在粘合剂中，因而在膜结构上是不连续的，固 称为异相膜）。 ②均相离子交换膜。由具有离子交换基团的高分子材料直 接制成的连续膜，或是在高分子膜基上直接接上活性基团 而成的。（膜中离子交换基团与成膜的高分子材料发生化 学结合起来，其组成完全均一，故称之为均相膜） ③半均相离子交换膜。成膜的高分子材料与离子交换基团 组合得十分均匀，但它们之间并没有形成化学结合。
第七章-电渗析
t
t
－阳离子在溶液中的迁移数；
－阳离子在阳膜内的迁移数，理想膜的 t 应等于1。
电渗析膜的性能要求
（2）较好的化学稳定性 （3）较低的离子反扩散和渗水性
（4）较高的机械强度 （5）较低的膜电阻
电渗析膜的选择透过机理
在外加直流电场的作用下，根据异 性电荷相吸的原理，溶液中带正电 荷的阳离子可被阳膜吸引，传递而 通过微孔进入膜的另一侧，同时带 负电荷的阴离子受到排斥；溶液中 带负电荷的阴离子可被阴膜吸引而 传递透过，同时阳离子受到排斥。 这就是离子交换膜具有选择透过性 的主要原因。可见，离子交换膜并 不是起离子交换作用，而是起离子 选择透过的作用，更确切地说，应 称为“离子选择性透过膜”。
电渗析中的传递过程
6. 水的电渗析过程：由于操作条件控制不良而造成极化现 象，使淡水室中的水解离成H+和OH-，在直流电场的作 用下，分别穿过阴膜和阳膜进入浓水室。此过程的发生 将使电渗析器的耗电量增加，淡水产量降低。 7. 压差渗透过程。由于淡化室与浓缩室的压力不同，造成 高压侧溶液向低压侧渗漏。 总之，电渗析器在运行时，同时发生着多种复杂过程，除 反离子迁移是电渗析的主要过程外，其余几个过程均是电 渗析的次要过程。但在这些次要过程的影响下，将使电渗 析器的除盐或浓缩效率降低，电耗增加。因此，必须选择 合适的离子交换膜和适宜的操作条件，以便抑制或改善这 些不良因素的影响。
电渗析中的传递过程
3. 电解质的浓差扩散（渗析）：由于浓水室与淡水室的浓 度差，产生了电解质由浓水室向淡水室的扩散过程，扩 散速度随浓度差的增高而增加，这一过程虽然不消耗电 能，但能使淡化室含盐量增高，影响淡水的质量。 4. 水的渗透过程：由于电渗析过程的进行中，浓水室的含 盐量要比淡水室高。从另一角度讲，相当于淡水室中水 的浓度高于浓水室中水的浓度，于是产生淡水室中的水 向浓水室渗透，浓差愈大，水的渗透量愈大，这一过程 的发生使淡水产量降低。 5. 水的分解：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其产生。
电渗析(ED)装置介绍
开源拓展 精诚超越
电渗析法除盐工艺系统介绍 二
a．直流式除盐 原水流经一台或多台串联的电渗析器后，即能达到要求的水质。该法的优
点是可连续制水、管道简单；缺点是定型设备的出水水质随原水含盐量而变。 b.循环式除盐
将原水在电渗析器和水箱中多次循环，以达到所需出水的水质。其缺点是需 设置循环水泵和水箱，并只能间歇供水。 c. 部分循环式除盐
电渗析器运行数据 一
日期
8月31日
时间
11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
试验机运行记录表
放流口电导
3530 3510 3510 3530 3510 3510 3510
浓水箱电导
3610 3610 3590 3580 3580 3580 3580
淡水箱电导
浓水箱电导 3750 3800 3800 3800 3720 3770 3770 3980 4100 4030 4030 4070 4080
淡水箱电导 761 925 918 891 913 942 1000 1048 901 926 916 971 966
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工程案例 一
开源拓展 精诚超越
1-1
2-2
4-4
250
240
3.25 >0.25
40
60
>90
190220
140
70100
40
60
45
930 x1600 x1450
930 x1600 x1550
930 x1600 x1600
400x1600x0.8
2-2
3-3
4-4
225
300
离子交换膜 电渗析浓缩 海水 制造
离子交换膜电渗析浓缩海水制造哎呀，今天小智要给大家聊聊一个非常有趣的话题——离子交换膜电渗析浓缩海
水制造！这个过程可是让大海的水分变废为宝哦！让我们一起来看看这个神奇的过程吧！
我们要了解什么是离子交换膜。
简单来说，离子交换膜就是一种可以控制离子进出的薄膜。
在这个过程中，海水中的盐分会被去除，而淡水就会被浓缩起来。
这个过程就像是一个魔法师在变魔术一样，让人惊叹不已！
这个过程是如何实现的呢？其实，离子交换膜电渗析浓缩海水制造的过程可以分为三个步骤：第一步是让海水通过离子交换膜；第二步是让淡水通过离子交换膜；第三步是收集淡水。
第一步，海水通过离子交换膜。
这一步就像是大海在向我们展示它的美丽身姿一样。
当海水流过离子交换膜时，盐分会被吸附在膜上，而淡水则会穿过膜进入下一道工序。
第二步，淡水通过离子交换膜。
这一步就像是大海在向我们传递它的清凉信息一样。
当淡水流过离子交换膜时，盐分仍然会被吸附在膜上，而淡水则会被浓缩起来。
第三步，收集淡水。
这一步就像是大海在向我们赠送它的礼物一样。
当淡水流过离子交换膜后，就可以收集到纯净的淡水了。
这样一来，大海的水分就被变废为宝了！
这个过程并不是一帆风顺的。
有时候，离子交换膜可能会出现堵塞的情况，导致海水无法顺利通过。
这时候，我们就需要对离子交换膜进行清洗和维护，让它重新恢复活力。
离子交换膜电渗析浓缩海水制造是一个非常神奇的过程。
它让我们看到了大自然的力量和智慧，也让我们意识到保护海洋资源的重要性。
希望大家都能珍惜大海的水资源，让我们共同守护这个美丽的地球家园！。
电渗析(ED)技术和电去离子技术(EDI)的应用研究
电渗析（ED）技术和电去离子技术（EDI）的应用研究作者：杨飞黄来源：《中国新技术新产品》2015年第05期摘要：电渗析技术是膜分离技术之一，具有低能耗、高效率、连续运行、环境友好等显著优点，在多个行业具有广泛的应用。
电去离子技术是在普通电渗析的基础上发展起来的，广泛应用于纯水和超纯水的制备。
本文着重介绍了电渗析技术和电去离子技术在水处理、食品和化工等方面的应用，并简要探讨了电渗析技术及其发展前景。
关键词：电渗析；电去离子；离子交换膜；应用中图分类号：X703 文献标识码：A1 电渗析技术的简介电渗析是在外加直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使离子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。
ED作为一种工业技术，其真正发展时期是从1950年美国人W·Juda发明了对阴、阳离子分别具有选择透过性能的阴、阳离子交换膜后才开始的。
我国的ED技术起步于1958年，中科院化学研究所研制出了纸质均相阴、阳离子交换膜，此膜曾用于从自来水ED脱盐制取初级脱盐水。
2 电渗析原理ED是在直流电场作用下溶液中带电离子通过半透膜的迁移过程，是一种物质分离方法，其中离子交换膜和直流电场是ED分离方法不可缺少的两个条件。
电渗析主要用于水溶液脱盐或浓缩。
ED脱盐原理如图1所示。
图1是由阳、阴膜交替排列在一对阴、阳电极之间构成的电渗析槽，有10个隔室。
将NaCl溶液分别通入这10个隔室中，加直流电压。
在电场力作用下，带正电荷的Na+离子和带负电荷的Cl-离子将分别向阴、阳两极移动。
因为离子交换膜对离子具有选择透过性，水中所有的Na+离子向阴极移动时和所有的Cl-离子向阳极移动时，2，4，6，8，10室中的Na+离子和Cl-离子分别通过阳膜和阴膜到各自邻室，从而达到脱盐的目的。
因此，2，4，6，8，10室称为淡化室或脱盐室，从淡化室汇总出来的水称为淡水或脱盐水；1，3，5，7，9室中的Na+和Cl-离子在迁移过程中被阴阳膜阻挡而留在本室中。
第七章离子交换膜和电渗析(ED)
1982年 日本成功开发了全氟阴离子交换膜（AEM）；
1991年 我国研制成功了无极水全自动控制ED器，以城市 自来水为进水，单台多级多段配置，脱盐率为99%以上，原 水利用率达70%以上。 20世纪 80 年代中后期，常规 ED技术在国外的发展进入了萎 缩阶段，西欧已基本不用。
Electrodialysis
二、半均相膜的制备
先用胶粘剂吸浸单体进行聚合，然后导入活性交 换基团制成含胶粘剂的热塑性离子交换树脂。
Electrodialysis
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三、均相膜的制备
实际上是直接使离子交换树脂薄膜化。
大致过程为：①膜材料的合成反应过程、②成膜过 程、③引入可反应基团、④与反应基团发生作用形 成荷电基团。 四、新型离子交换膜
35
第六节 ED的脱盐过程
利用ED技术各种脱盐流程 Electrodialysis C—— 浓缩室；D——脱盐室
36
第八节 电渗析技术的应用
最主要的用途是由苦咸水淡化生产饮用水； 放射性废液处理； 牛乳、乳清脱盐； 脱盐或纯化
氨基酸脱盐；
海水浓缩； 电镀废液中Ni和H2SO4回收； 同位素、同价离子分离； 酸的回收； 果汁脱酸改性； 无机和有机药品制备 水解 酸/碱的制备 置换 浓缩或分离
Electrodialysis
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离子交换膜功能示意图
Electrodialysis
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离子交换膜工作原理示意图
Electrodialysis
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第三节 离子交换膜的制备
一、异相膜的制备 把粉状树脂与胶粘剂混合后制成片状膜。具体 方法有： ① 延压和模压法 ② 溶液型胶粘剂法
③ 离子型交换树脂法
电渗析原理与应用简介
电渗析原理与应用简介1.引言电渗析（简称ED）是以溶液中的离子选择性地透过离子交换膜为特征的，一种新兴的高效膜分离技术。
它是利用直流电场的作用使水中阴、阳离子定向迁移，并利用阴、阳离子交换膜对水溶液中阴、阳离子的选择透过性（即阳膜具有选择透过阴离子而阻挡阳离子通过），使原水在通过电渗析器时，一部分水被淡化，另一部分则被浓缩，从而达到了分离溶质和溶剂的目。
电渗析利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子（如离子）的方法称为渗析。
在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子（如离子）通过膜而迁移的现象称为电渗析。
利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法，它是20世纪50年代发展起来的一种新技术，最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中处理三废最受重视，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。
2.电渗析原理在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的透过性(即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过)，使水中的阴、阳离子作定向迁移，从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程。
原理是：在阴极与阳极之间，放置着若干交替排列的阳膜与阴膜，让水通过两膜及两膜与两极之间所形成的隔室，在两端电极接通直通电源后，水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，由于阳膜、阴膜的选择透过性，就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度增加的浓室。
与此同时，在两电极上也发生着氧化还原反应，即电极反应，其结果是使阴极室因溶液呈碱性而结垢，阳极室因溶液呈酸性而腐蚀。
因此，在电渗析过程中，电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所受到的阻力及电极反应。
例如，用电渗析方法处理含镍废水，在直流电场作用下，废水中的硫酸根离子向正极迁移，由于离子交换膜具有选择透过性，淡水室的硫酸根离子透过阴膜进入浓水室，但浓水室内的硫酸根离子不能透过阳膜而留在浓水室内;镍离子向负极迁移，并通过阳膜进入浓水室，浓水室内的镍离子不能透过阴膜而留在浓水室中。
电渗析工作原理
一、工作原理电渗析器除盐的基本原理，是利用离子交换膜的选择透过性。
阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻档阴离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移，使一路水中大部份离子迁移到另一路离子水中去，从而达到含盐水淡化的目的。
二、应用范围电渗析器具有工艺简单，除盐率高，制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点，广泛应用于水的除盐，具体应用在如下场合：海水及苦咸水淡化，根据我单位的试验资料，可将含盐量高达60克/升的苦咸水淡化成饮用水，解决沙漠地区的饮用水源。
制取软水，（水的电阻率为105欧姆一厘米），可供低压锅炉给水，不需要食盐再生，还可节煤20%左右。
深度除盐水及高纯水的前级处理，采用电渗析一离子交换法，扩大了原水适用范围，广泛应用电力、电子、化工、制药、科研化验等场合、降低制水成本50%以上。
节省离子交换法再生用酸碱80%左右，延长再生周期五倍以上。
用于饮料食品工业的提纯，使啤酒、汽水的质量提高，为创优质名牌产品创造了条件。
电渗析器还可用于化工分离，浓缩及工业废水处理回收率。
三、构造及组装方式1.构造：电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分构成。
（1）膜块：是由相当数量的膜对组装而成的。
膜对：是由一张阳离子交换膜，一张隔板甲（或乙）；一张阴膜，一张隔板乙（或甲）组成。
离子交换膜：是电渗析器的关键部件，本厂采用上海化工厂产的异相膜。
隔板：分浓、淡水隔板，交替放在阴阳膜之间，使阴膜和阳膜之间保持一定的间隔，沿着隔板平面通过水流，垂直隔板平面通过电流。
隔板厚离0.9毫米。
（2）极区包括电极、极框和导水板。
电极：为连接电源所用，本厂电极采用钛涂钌。
极框：放置在电极和膜之间，以防膜帖到电极上去，起支撑作用。
（3）压紧装置：是用来压紧电渗析器，使膜堆、电极等部件形成一个整体，不致漏水。
2、组装方式：电渗析器的组装是用“级”和“段”来表示，一对电极之间的膜堆称为“一级”。
水流同向的每一个膜称为“一段”。
离子交换膜与电渗析
第七章离子交换膜与电渗析电渗析的研究始于上世纪初的德国。
1952年美国Ionics公司制成了世界上第一台电渗析装置，用于苦咸水淡化。
至今苦咸水淡化仍是电渗析最主要的应用领域。
在锅炉进水的制备、电镀工业废水的处理、乳清脱盐和果汁脱酸等领域，电渗析都达到了工业规模。
另外，在上世纪50年代末，由日本开发的海水浓缩制食盐的应用，虽仅限于日本和科威特等国，但也是电渗析的一大市场。
目前，电渗析以其能量消耗低，装置设计与系统应用灵活，操作维修方便，工艺过程洁净、无污染，原水回收率高，装置使用寿命长等明显优势而被越来越广泛地用于食品、医药、化工、工业及城市废水处理等领域。
我国的电渗析技术的研究始于1958年。
1965年在成昆铁路上安装了第一台电渗析法苦咸水淡化装置。
1981年我国在西沙永兴岛建成日产200吨饮用水的电渗析海水淡化装置。
几十年来，在离子交换膜、隔板、电极等主要部件方面不断创新，电渗析装置不断向定型化、标准化方向发展。
第一节、电渗析基本原理一、电渗析的工作原理电渗析是在直流电场作用下，溶液中的带电离子选择性地通过离子交换膜的过程。
主要用于溶液中电解质的分离。
图7-1是电渗析工作原理示意图。
流程说明：在淡化室中通入含盐水，接上电源，溶液中带正电荷的阳离子，在电场的作用下，向阴极方向移动到阳膜，受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入右侧的浓缩室。
带负电荷的阴离子，向阳极方向移动到阴膜，受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入左侧的浓缩室。
淡化室盐水中的氯化钠被不断除去，得到淡水，氯化钠在浓缩室中浓集。
图7-1 电渗析工作原理示意图电渗析过程除我们希望的反离子迁移外，还可能发生如图7-2所示的其它迁移过程：(1) 同名离子迁移同名离子指与膜的固定活性基所带电荷相同的离子。
根据唐南（Donnan）平衡理论，离子交换膜的选择透过性不可能达到100％，再加上膜外溶液浓度过高的影响，在阳膜中也会进入个别阴离子，阴膜中也会进入个别阳离子，从而发生同名离子迁移。
第七章电渗析
0
阴离子交换树脂粉 0
70
聚异丁烯
4.2
5.8
硬脂酸钙
1.1
1.2
酞青蓝
0.1
聚乙烯起粘合剂作用 聚异丁烯起粘合、增柔作用，赋予膜弹性 硬脂酸钙作脱模剂和稳定剂 酞菁蓝是染料，以区别于阳膜的本色 还可以添加防老剂、抗氧化剂等成分
工艺流程和成膜条件
80-100℃
200-300目
树脂——干 燥——出料过筛————磨粉过筛————树脂粉
粘结剂 聚氯乙烯、聚过氯乙烯、聚乙烯醇等，天然与合
成橡胶
成膜方法 1.粉状树脂、粘结剂、辅料混合后通过延压和模压 成膜。 2.粉状树脂分散在粘结剂溶液中，浇铸成膜后，蒸 去溶剂 3.粉状树脂分散在成膜预聚体中，浇铸成膜后完成 聚合过程。
异相膜制备配方
原料
阳膜配料 %
阴膜配料 %
聚乙烯
21
23
阳离子交换树脂粉 73.7
• 离子交换膜是电渗析的核心部件，是一种膜状的离子交换 树脂。但在电渗析中使用的离子交换膜，实际上并不是起 离子交换作用，而是起离子选择透过作用，更确切地应称 为离子选择性透过膜。
二、离子交换膜的组成
离子交换膜
膜的主体 增强材料
固定部分 高分子骨架结构部分 离子交换基团 (固定荷电基团)
活动部分
反离子(对立离子) 唐纳渗透离子(同名离子) 溶剂(如水)
粒状聚氯乙烯 ∣二氯乙烷 溶胀
∣
悬浮聚合 ∣ 白球
┌───┴───┐
∣H2SO4 磺化
∣氯甲醚 氯化
∣
∣
磺酸氯型树脂
季铵型树脂
∣NaOH处理 ∣HCl处理
磺酸钠型树脂
季铵氯型树脂
└───┬───┘ 混炼 ∣ 拉片 ∣
电渗析EDI培训课件
电渗析
一、原理
在直流电场的作用下，利用离子交换膜的选 择性，把水中盐类物质分离出来的方法。 阳膜只允许阳离子透过 二、电渗析器的极化 原因、危害
作业与复习
1、电渗析使用的离子交换剂是做成( )。 A、膜状； B、粒状； C、球状。 2、电渗析器在膜的两则加两个电极，通以( )，令 离子发生有规则的迁移。 A、干电池； B、交流电； C、直流电。 3、如果将淡水和盐水用一种只能透过水而不能透过 溶质的半透膜隔开，则淡水中的水会穿过半透膜 至盐水一侧。这种现象叫做( )。 A、半透： B、漏透： C、渗透。 4、反渗透可以做成( )式，提高出水水质。 A、二则渗透压 方向从( ) 与( )方向相反，称为反渗 透。 6、简述反渗透常见污染有哪些?进水要经过 哪些预处理？ 7、反渗透进水水质有哪些要求？解释SDI。 8、解释EDI
第七节 电除盐（EDI）
原理：是一种将离子交换技术和电渗析技术相结合 的纯水制造工艺。该技术利用离子交换能深度脱 盐来克服电渗析脱盐不彻底，又利用电渗析极化 而发生水电离产生H+、OH-实现树脂自再生来克 服树脂失效后用酸、碱再生的缺陷。 连续电除盐过程中同时进行着如下三个主要过程： (1) 在外电场作用下，水中电解质离子通过离子交 换膜进行选择性迁移的电渗析过程； (2) 阴、阳混合离子交换剂上的OH-和H+对水中 离子的交换过程，从而加速去除淡水室内水中的 离子； (3) 水电离出OH-和H+以及它们对交换剂进行的 再生过程。
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电渗析（ ） 电渗析（ED）技术的发展概况
对电渗析的基本概念的研究是从19世纪 年代开始的 对电渗析的基本概念的研究是从 世纪50年代开始的。 世纪 年代开始的。 1854年 Graham发现了渗析现象； 年 发现了渗析现象； 发现了渗析现象 1862年 Dubrunfant制成了第一个膜渗析器，并成功地进行了 年 制成了第一个膜渗析器， 制成了第一个膜渗析器 糖与盐的分离； 糖与盐的分离； 1940年 Meyer和Strauss提出了具有实用意义的多隔室电渗析 年 和 提出了具有实用意义的多隔室电渗析 装置的概念； 装置的概念； 1950年 Juda试制成功了第一张具有选择透过性的阳、阴离子 年 试制成功了第一张具有选择透过性的阳、 试制成功了第一张具有选择透过性的阳 交换膜，奠定了ED技术的实用基础 技术的实用基础， 技术得到迅速发展 技术得到迅速发展。 交换膜，奠定了 技术的实用基础，ED技术得到迅速发展。 1952年 美国 年 美国Ionics公司制成了第一台电渗析装置； 公司制成了第一台电渗析装置； 公司制成了第一台电渗析装置 1954~1956年 英、美将 首先应用于生产实践中，主要应用 年 美将ED首先应用于生产实践中 首先应用于生产实践中， 于苦咸水淡化、制备工业用水和饮用水，此后， 于苦咸水淡化、制备工业用水和饮用水，此后，ED 技术逐步 被引入北非、南非以及中东地区。 被引入北非、南非以及中东地区。
Electrodialysis
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电渗析原理
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电渗析过程示意图
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阳极室 + + + + + + 阳极 ClNa＋
浓缩室
淡化室
浓缩室
阴极室 － －
ClClNa＋ Na＋
ClNa＋
ClClClNa＋ Na＋
－ － － － 阴极
Na＋
阳膜
阴膜
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2. 离子交换膜的组成
固定部分 膜的主体 离子交换膜 活动部分 高分子骨架(基膜 高分子骨架 基膜) 基膜 离子交换基团(固定荷电基团 离子交换基团 固定荷电基团) 固定荷电基团 反离子 唐纳渗透离子 溶剂(如水 溶剂 如水) 如水 增强材料(保证膜的强度和尺寸稳定性 增强材料 保证膜的强度和尺寸稳定性) 保证膜的强度和尺寸稳定性
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3. 离子交换膜的分类
按膜体宏观结构(制造工艺 不同可分 按膜体宏观结构 制造工艺)不同可分 类： 制造工艺 不同可分3类 1. 非均相(异相)离子交换膜——指由离子交换树脂的细粉末 非均相( 异相) 离子交换膜 指由离子交换树脂的细粉末 和起粘合作用的高分子材料经加工制成的离子交换膜。 和起粘合作用的高分子材料经加工制成的离子交换膜 。 （ 树脂分散在粘合剂中，因而在膜结构上是不连续的， 树脂分散在粘合剂中 ， 因而在膜结构上是不连续的， 固称 为异相膜） 为异相膜） 2. 均相离子交换膜 —— 由具有离子交换基团的高分子材料直 均相离子交换膜——由具有离子交换基团的高分子材料直 接制成的连续膜， 接制成的连续膜 ， 或是在高分子膜基上直接接上活性基团 而成的。 而成的 。 （ 膜中离子交换基团与成膜的高分子材料发生化 学结合起来，其组成完全均一，故称之为均相膜） 学结合起来，其组成完全均一，故称之为均相膜） 3. 半均相离子交换膜 半均相离子交换膜——成膜的高分子材料与离子交换基团 成膜的高分子材料与离子交换基团 组合得十分均匀，但它们之间并没有形成化学结合。 组合得十分均匀，但它们之间并没有形成化学结合。
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离子交换膜（ 离子交换膜（ion exchange membrane）是 ） 电渗析器的主要部件， 电渗析器的主要部件 ， 有 “ 电渗析的心脏 之称。 ” 之称 。 它是一种由高分子材料制成的具 有离子交换基团的薄膜。 在这里， 有离子交换基团的薄膜 。 在这里 ， 离子交 换膜的作用并不是起离子交换的作用， 换膜的作用并不是起离子交换的作用 ， 而 是起着离子选择透过的作用 离子选择透过的作用， 是起着 离子选择透过的作用 ， 所以更确切 地说应称之为“离子选择性透过膜” 地说应称之为“离子选择性透过膜”。
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三、电渗析过程的基本传质过程
对流传质——离子在隔室主体溶液和扩 离子在隔室主体溶液和扩 对流传质 散边界层之间的传递； 散边界层之间的传递； 扩散传质——离子在膜两侧的扩散边界 离子在膜两侧的扩散边界 扩散传质 层中的传递； 层中的传递 ； 这是控制电渗析传质速率 的主要因素。 的主要因素。 电迁移传质——离子通过离子交换膜的 离子通过离子交换膜的 电迁移传质 传递。 传递。
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第二节 离子交换膜的分类及组成
应注意， 中所用的离子交换膜 中所用的离子交换膜， 应注意，ED中所用的离子交换膜，实际上并 不是起离子交换作用（ 不是起离子交换作用（ 这点与通常据说的离 子交换树脂不同） 而是起离子选择透过 选择透过作 子交换树脂不同 ） ，而是起离子 选择透过作 因此， 用 ， 因此 ， 更确切地应称之为离子选择性透 过膜。 过膜。 可解离出阳离子， 可解离出阳离子，对阳离子具有选择透过性 ——阳膜 阳膜 可解离出阴离子， 可解离出阴离子，对阴离子具有选择透过性 ——阴膜 阴膜
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三、均相膜的制备 实际上是直接使离子交换树脂薄膜化。 实际上是直接使离子交换树脂薄膜化。 大致过程为： 膜材料的合成反应过程、 大致过程为 ： ① 膜材料的合成反应过程 、 ② 成膜过 引入可反应基团、 程 、 ③ 引入可反应基团 、 ④ 与反应基团发生作用 形成荷电基团。 形成荷电基团。 四、新型离子交换膜
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我国电渗析技术的发展概况
1958年 年 开始电渗析技术的研究； 开始电渗析技术的研究； 小型ED装置投入海上试验； 小型 装置投入海上试验； 装置投入海上试验 1960年代初 年代初
1965年 在成昆铁路上安装了第一台苦咸水淡化装置； 年 在成昆铁路上安装了第一台苦咸水淡化装置； 1966年 年 开始工业化试生产聚乙烯异相离子交换膜， 开始工业化试生产聚乙烯异相离子交换膜，从此 ED技术开始进入实用化阶段； 技术开始进入实用化阶段； 技术开始进入实用化阶段 1967年 异相离子交换膜投入生产，为电渗析技术的推广应 年 异相离子交换膜投入生产， 用创造了条件； 用创造了条件； 1970年代以来 年代以来 ED技术发展较快，离子交换膜生产已具相 技术发展较快， 技术发展较快 当规模，全国共有44个膜品种 已商品化的有12类 种 个膜品种， 当规模，全国共有 个膜品种，已商品化的有 类19种，并 已具有相当高的水平。我国离子交换膜产量占世界第二。 已具有相当高的水平。我国离子交换膜产量占世界第二。
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1959年 前苏联开始研究和推广应用 技术； 年 前苏联开始研究和推广应用ED技术 技术； 1966年 美国 年 美国Du Pont公司研制全氟磺酸离子交换膜； 公司研制全氟磺酸离子交换膜； 公司研制全氟磺酸离子交换膜 1970年 日本将电渗析器用于苦咸水淡化； 年 日本将电渗析器用于苦咸水淡化； 1972年 美国 年 美国Ionics公司推出频繁倒极电渗析 公司推出频繁倒极电渗析(EDR)装置； 装置； 公司推出频繁倒极电渗析 装置 1974年 日本在野岛建造了日产饮用水 年 日本在野岛建造了日产饮用水120t的海水淡化 装 的海水淡化ED装 的海水淡化 置； 1982年 日本成功开发了全氟阴离子交换膜（AEM）； 年 日本成功开发了全氟阴离子交换膜（ ） 1991年 年 我国研制成功了无极水全自动控制ED器 我国研制成功了无极水全自动控制 器，以城市 自来水为进水，单台多级多段配置，脱盐率为99%以上，原 以上， 自来水为进水，单台多级多段配置，脱盐率为 以上 水利用率达70%以上。 以上。 水利用率达 以上 20世纪 年代中后期， 常规 技术在国外的发展进入了萎 世纪80年代中后期 常规ED技术在国外的发展进入了萎 世纪 年代中后期， 缩阶段，西欧已基本不用。 缩阶段，西欧已基本不用。
Na + + OH − = NaOH
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−
电渗析运行时可能发生的过程
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电渗析过程中的其他迁移过程
① 同名离子迁移 ② 电渗析的浓差扩散 ③ 水的渗透 ④ 水的电渗透 ⑤ 压差渗漏 ⑥ 水的解离
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阳极
阴极
双极膜——复合膜，即由具有两种相反电荷的离子 复合膜， 复合膜
交换层紧密相邻或结合而成的新型离子交换膜。 交换层紧密相邻或结合而成的新型离子交换膜。
螯合膜——其膜上具有两个或两个以上对金属离子 其膜上具有两个或两个以上对金属离子
有很大亲和力的官能团。 有很大亲和力的官能团。
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一. 电渗析(Electrodialysis)过程原理 电渗析 过程原理
电渗析——指在直流电场作用下 ， 溶液中的 指在直流电场作用下， 电渗析 指在直流电场作用下 荷电离子选择性地定向迁移， 荷电离子选择性地定向迁移 ， 透过离子交换 膜并得以去除的一种膜分离技术。 膜并得以去除的一种膜分离技术。 采用电渗析过程脱除溶液中的离子，基于 个 采用电渗析过程脱除溶液中的离子，基于2个 基本条件： 基本条件： 1）离子交换膜的选择透过性； ）离子交换膜的选择透过性； 2）直流电场。 ）直流电场。