电渗析

电渗析的应用
水的纯化
海水、苦咸水、自来水制备初级和高级纯水的重 要方法，一般采用离子交换树脂组合工艺，但注 意电渗析不能出去非电解质杂质。
与其它纯水(或淡化水)的方法相比较，电渗析设 备的电渗析法纯化水特点是：电渗析法脱盐的耗 电量与脱除的盐量是成正比的，原水水质的含盐 量较高，淡化的成本也很高。 电渗析法更适合含盐低的苦咸水淡化。
电渗析
定义
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。 电渗析是在直流电场作用下，溶液中的带 电的溶质粒子（如离子）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。
分离目的：溶液脱小离子、小离子溶质的浓 缩、小离子的分级 透过组分：小离子组分
截留组分：同名离子、大离子和水
推动力：电化学势-渗透
传递机理：反离子经离子交换膜的迁移
膜类型：离子交换膜
工作原理
在正负两电极之间交替地平行 放置阳离子和阴离子交换膜， 依次构成浓缩室和淡化室，当 两膜形成的隔室中充入含离子 的溶液并接上直流电源后，溶 液中带正电荷的阳离子在电场 力作用下向阴极方向迁移，穿 过带负电荷的阳离子交换膜， 而被带正电荷的阳离子交换膜 所挡住，这种与膜所带电荷相 反的离子透过膜的现象被称为 反离子迁移。
离子交换膜
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透 过能力的高分子膜。因为一般在应用时主要是利用它的离子选 择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。 离子交换膜按功能及结构的不同，可分为阳离子交换膜、阴 离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物 膜五种类型。
离子交换膜分均相膜和非均相膜两类，它们可以采用高分子 的加工成型方法制造。 无论是均相膜还是非均相膜，在空气中都会失水干燥而变脆 或破裂，故必须保存在水中。
离子交换膜的分类
按活性基团的不同分为阳离子交换膜、阴离于交换膜和特 殊离子交换膜 1)阳离子交换膜：指能离解出阳离子的离子交换膜，或者 说在膜结构中合有酸性活性基团的膜。它能选择性地透 过阳离子，而不让阴离子透过。 2)阴离子交换膜：指能离解出阴离子的离子交换膜，或者 说在膜结构中合碱性活性基团的膜。它能选择性透过阴 离子，而不让阳离子透过。 3)特殊离子交换膜(复合膜)：这种膜由一张阳膜和一张阴 膜复合而成。两层之间可以隔一层网布(如尼龙布等)， 也可以直接粘贴在一起。工作时，阴膜对阳极，阳膜对 阴极。由于膜外的离子无法进入膜内，致使膜间的水分 子被电离，H+离子透过阳膜，趋向阴极;OH-离子透过阴 膜，趋向阳极，以此完成传输电流的任务。
膜堆
二、电渗析器的组装
电渗析器的组装依其应用不 同而有所不同。其组装的情 况是用级和段来表示的。 级：一对正、负电极之间的 膜堆称为一级； 段：具有同一水流方向的并 联膜堆称为一段。
三、电渗析器的级与段
一级一段特点是产水量与膜对数成正比，脱盐率取 决于一块隔板的流程长度，常用于大、中制水厂 ，可含200～360个膜对； 二级一段（多级一段）使操作电压降低，便于低操 作电压下获得高产水量； 一级两段可增加脱盐流程长度，提高脱盐率，适用 于单台电渗析器一次脱盐，中、小型制水厂； 多级多段发挥两者优点，同时满足对产量和质量的 要求。
注意！离子交换膜的作用并不是起 离子交换的作用，而是起离子选择 性透过作用！
静电作用、孔隙作用和扩散作用
电渗析的基本传质过程
对流传质——离子在格室主体溶液和扩散边界 层来自百度文库间的传递； 扩散传质——离子在膜两侧的扩散边界层中的 传递；这是控制电渗析传质速率的主要因素。
电迁移传质——离子通过离子交换膜的传递。
天融净化公司的电渗析器具除盐率
海水、盐泉卤水制盐
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
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。 ⑵ 从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠。 ⑶ 从酸洗废液中制取硫酸和沉淀重金属离子。 ⑷ 电镀废水和废液处理，含Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等 重金属离子和氰化物的电镀废水都适宜用电渗析法处理， 其中应用最成熟的是含镍废水处理。 ⑸ 从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋。
四、实际应用的电渗析器
五、电渗析器的性能指标
淡水产量
脱盐率 电能消耗 电流效率
第六节
电渗析的脱盐过程
新型的电渗析过程
填充混合离子交换树脂电渗析过程 含离子交换膜的Donnan渗析
双极膜是阴、阳膜紧密相邻或结合而成，直 流电场下可将水离解 双极性膜单独使用可实现电解反应；与阳膜 和阴膜组合使用可实现离子交换反应，可将 盐转化成相应的酸与碱、可从氨基酸盐制备 氨基酸。
离子交换膜的组成
在宏观形态上离子交换膜是片状薄膜，而离子 交换树脂是颗粒状的，但微观结构基本相同。
特殊离子交换膜
双极膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做 成，具有方向性的电阻。当阳膜面朝向阴极，阴膜面朝 向阳极时，正、负离子都不能透过膜，显示出很高的电 阻。当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两侧相 应的离子进入膜中。
离子交换膜的选择透过性
1.孔隙作用——只有当被选择的离子的水合 半径小于空隙半径时，该离子才能透过膜。 2.静电作用——根据同电性相斥、异电性相 吸的静电作用规律，阳膜选择吸附阳离子， 阴膜选择吸附阴离子。 3.扩散作用——膜对溶解离子具有传递迁移 能力。由吸附-解吸-迁移的方式，把离子从 膜的一端输到另一端。
直流电场下，双极 性膜可将水离解， 能够将水分离成H+与 OH- 两种离子，可作 为H+与OH-的供应源。
离子交换膜的主要性能
交换容量（IEC）：每克干膜所含活性基团的毫克当量数， 单位为meq/g交换容量高，选择透过性好，导电能力强 ，但溶胀度大，影响机械强度一般约为2～3meq/g 含水量：膜内与活性基团结合的内在水，以每克干膜含水 质量表示，一般含水量为20-40% 膜电阻：关系工作所需电压和电能消耗，通常越小越好 选择透过度：常用反离子迁移数和膜的透过度来表示一般 要求大于85%，反离子迁移数大于0.9，并希望在高浓度 电解质中仍有良好的选择透过性。
脱除有机物中的盐分
医药：葡萄糖、甘露醛、氨基酸、维生素C，中草 药等脱盐 中草药有效成分的分离和精制，可通过电渗析把中 草药提取液分离成无机阳离子和生物碱、无机阴离 子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分 食品：牛乳、乳清等脱盐
超滤、反渗透、 电渗析组合工 艺提取甘露醇
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电渗析过程的两个基本条件
直流电场的作用
使溶液中正、负离子分别向阴极和阳极做定向 迁移
离子交换膜的选择透过性 使溶液中的带电离子在膜上实现反离子迁移
电渗析过程中的传递现象
电渗析装置在运行过程中的传递现象是非常复杂 的。对NaCl水溶液进行电渗析时，具有几种传递 现象发生。 1、反离子迁移 2、同名离子的迁移 3、电解质的渗析 4、水的渗透 5、水的分解 6、水的电渗析 7、压差渗透
离子交换膜的性能要求
选择透过性高，要求在95%以上； 导电性好，要求其导电能力应大于溶液的导电能力； 交换容量大； 溶胀率和含水率适量； 化学稳定性强； 机械强度大。
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