电渗析技术 ppt课件

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电渗析适用范围
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二、电渗析过程原理
在物理化学中，将溶质透过膜的观象称 为“渗析”，将溶剂透过膜的现象称为“渗 透”。对电解质的水溶液来说，溶质是离子， 溶剂是水。在电场的作用下，溶液中的离子透 过膜进行的迁移可以称为“电渗析”。
电渗析是指在直流电场作用下，溶液中的 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（见下图）。
❖ 1969年在北京化工厂内建立了我国最早的工业用水淡 化站。该站将地下水经电渗析和离子交换，制成化学 试剂用的高纯度水。100m3／d以上，供水至今。
❖ 可以认为1970年标志着我国电渗析技术进入了生产实 用的成熟阶段。
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❖ 1978年郑州铁路局商丘电渗析淡化站建成投产。由地 下苦咸水制取蒸汽机车锅炉用水。产水量为1200m3 ／d以上。1982年商丘西站建成电渗析淡化站，产水 量为2400m3／d。
膜上活性基团在电离后带有电荷，以致在膜表面 附近，电解质溶液中带相反电荷（可交换）的离子形 成双电层，如下页图所示。
双电层的强弱与膜上荷电活性基团数量有关，膜-溶 液界面离子分布及其相应化学电位与距离有关。
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膜与溶液介面离子分布 及相应化学位与距离的关系图示：
电
＋ ＋ ＋＋
＋－ ＋ －＋－
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❖ 我国电渗析水质除盐技术在工业生产上得到了 广泛的应用。
❖ 电渗析主要用在如化工、医药、电力、电子、 轻工、饮料、纺织、印染、锅炉、化学分析等。
❖ 工业生产中大多以自来水为原水。利用电渗析 可以直接制取除盐水。
❖ 在需要纯水的场合，电渗析可以作为离子交换 的预处理手段。无论采用哪种方式．电渗析除 盐均可取得降低制水成本、减轻污染的效果。
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4. 我国发展概况
❖ 我国1957年开始研制离子交换膜。最早研制成功了牛 皮纸膜和羊皮纸膜。
❖ 1966年聚乙烯异相膜在上海化工厂投产。成为我国第 一代具有实用性的商品膜，并且使用至今。年总产量 已超过20万m2。
❖ 我国第1台小型实用化的电渗析谈化器是在1964年由 解放军海军医学科学研究所研制成功的。1
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发展前景
电渗析有如下五个方面的特点： (1) 耗电低，经济效益显著。实践证明将2000－5000mg/L的苦咸
水淡化成500mg/L的淡水最经济； (2) 系统应用灵活，操作维修方便。根据不同条件要求，可以灵活
地采用不同形式的系统设计，并联可增加产水量，串联可提高脱 盐率，循环或部分循环可缩短工艺流程。 在运行过程中，控制电压、电流、浓度、流量、压力与温度几个 主要参数，可保证稳定运行； (3)不污染环境； (4)使用寿命长。膜一般可用3—5年，电极可用7—8年，隔板可 用15年左右； (5)原水回收率高；海水、高浓度苦咸水原水回收率可达60％以 上。一般苦咸水回收率可达65％－80％。
位
＋ ＋＋＋－
＋
－
＋ ＋＋＋
＋
－
＋
＋＋
距离
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❖ 阳离子交换膜上固定基团能构成足够强烈的负 电场，使膜外溶液中带正电荷离子极易迁移靠 近膜并进入膜孔隙，而排斥带负电荷离子。
❖ 1981年国家海洋局第二海洋研究所等单位，在我国西 沙群岛的永兴岛上建立了我国规模最大的电渗析海水 谈化站，将海水淡化成饮用水。产水量为200m3／d。
❖ 我国电渗析器单台产淡水量可达50m3／d。制造电渗 析淡化器的工厂有20多个。
❖ 现有电渗析淡化器估计有5000多台。淡水产量在 1000m3／d以上的电渗淡化站有数十个。
❖ 主要是咸水淡化，可将含盐量为6000mg／L的咸水淡 化成含盐量为500mg/L的饮用水和工业用水。
❖ 电渗析海水淡化站并不普遍，主要原因是海水的含盐 量过高，消耗的电能大。
❖ 1974年日本旭化成公司在山口县野岛建成一座电渗析 海水淡化站，淡水产量为120m3/d。
❖ 1977年美国高温电渗析开始在现场进行海水淡化试验， 淡水产量为379m 3/d。
第三节 电渗析法海水淡化技术
.本节主要内容：
一、概述 二、电渗析过程原理 三、基本理论 四、电渗析过程中的传递现象 五、浓差极化现象 六、电渗析海水淡化的操作技术
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一、概述 1. 发展概况
❖ 萌芽于20世纪初，直到1940年才出现了具有实用价 值的多隔室电渗析器。1950年w．Juda试制出具有 高选择透过性能的阴离子交换膜和阳离子交换膜，从 而奠定了电渗析技术的实用基础。
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膜法制碱原理图示：
❖ 三室式：
NaCl
盐 水 精 制
Cl2
H2
Cl
+
－
Na
阴
阳
NaOH
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三、基本理论
❖ （1）.Sollner双电层理论
以阳离子交换膜为例，当离子交换膜浸入电解质溶液 中，膜中的活性基团在溶剂水的作用下发生解离产生 反离子，并进入水溶液。
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电渗析分离原理
料
液
阴极
阳极
阴离子交换膜
盐水
淡水 盐水
阳离子交换膜
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原理图示：
咸水（Na+ Cl-)
阴
阳
Na+
Na+
Na+
＋
Na+ Cl-
Na+
ClCl-
Cl-
Cl-
阳极水 浓缩水
－
阴极水 阳极水
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电渗析的流程
（1）电渗析器的构成： 膜堆、极区和夹紧装置
（2）电渗析器的组装方式
❖ 1952年2月，美国首次将电渗析咸水淡化器的样 机公开展出。同年，美围、英国均研制出实用的离子 交换膜并于1954年正式用于淡化苦咸水制取饮用水 和工业用水的生产实践。
❖ 1959年苏联开始研究和推广应用电渗析技术。日本 引进电渗析技术后，首先并且主要用于海水浓缩制盐。
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2.主要用途
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3.电渗析技术的发展特点
采用电渗析法进行海水深度除盐，制取含盐量约为 500mg/L的初级纯水。电渗析法和离子交换法联合应 用，制取高纯度水。 ❖ 电渗析谈化水站向自动化、电子计算机控制的无人操 作方向发展。 ❖ 为了降低海水淡化的能量消耗，研究高温电渗析和中 温电渗析。研究利用太阳能加热海水和太阳能发电。 此外，也利用风力发电机取得廉价电能。 ❖ 离子交换膜可称为电渗析器的心脏。研制各种性能的 离子交换膜就可以扩展电渗析的应用领域。