电渗析

1 电渗析技术概述

电渗析(ED)技术Il1是膜分离技术的一种，

1、1原理：是将阴、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，以电位差为推动力，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。

1、2优点是：①能量消耗低；②药剂耗量少，环境污染小；⑧对原水含盐量变化适应性强；④操作简单，易于实现机械化、自动化；⑤设备紧凑耐用，预处理简单；⑥水的利用率高。

电渗析也有它自身的缺点：与反渗透(RO)相比，脱盐率较低。在运行过程中易发生浓差极化而产生结垢；

1、3两个基本理论-解释离子交换膜的双电层理论和应用于膜两侧大分子渗透平衡以及离子交换树脂与电解质溶液间平衡的膜平衡理论

书本p118-119（规律）

1、4 传递现象书本p119

2 电渗析技术及其应用

2．1 电渗析技术发展简述

经历了三大革新：①具有选择性离子交换膜的应用网；②设计出许多层电渗析的组件；③采用倒换电极的操作式。

目前电渗析技术已发展成一个大规模的化工单元过程，在膜分离领域占有重要地位。应用前景非常广阔。

2．2 几种常见的电渗析过程（6种）

2．2．1 倒极电渗析(EDR)

EDR为电渗析的应用前景提供了一个重要方向[，根据ED原理，每隔一定时间(一般为15-20min)，正负电极极性相互倒换(频繁倒极)，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。在废水处理方面的应用有其独到之处，EDR 浓水循环，水回收率最高可达95％，它的服役寿命长，管理简单，与其他方法相比更有竞争力。

2．2．2 填充电渗析(EDI)

填充床电渗析(EDI)，它是将电渗析与离子交换法结合起来的一种新型水处理方法，它集中了电渗析和离子交换法的优点，并克服了它们各自的缺点，提高了极限电流密度和电流效率的作用。

在该过程中，粒子交换树脂颗粒填充在电渗析器的淡化室内外，被离子交换树脂吸附的离子在电场作用下不断迁移入浓水室，这样离子交换树脂不需要再生，而原料液中的离子几乎可完全被除去。

2．2_3 液膜电渗析(EDLM)

如果能将电渗析装置中的固态粒子交换膜用液膜来代替，就可以做成液膜电渗析(EDLM)，它对于浓缩和提纯贵金属、重金属、稀有金属等可能是一种高效分离方法。提高电渗析的分离效率，直接与液膜结合起来是很有发展前途的。例如，固体离子交换膜对铂族金属(锇，钌等)的盐溶液进行电渗析时，会在膜上形成金属二氧化物沉淀，这将引起膜的过早损耗，并破坏整个工艺过程，应用液膜则无此弊端。

2．2．4 高温电渗析

用电渗析法进行海水淡化时，由于耗电量高，处理费用大，因此很难普遍推广应用。高温电渗析的优点在于能使溶液的粘度下降，提高扩散速度，增大溶液和膜的电导，从而可以提高允许密度，提高设备的生产能力或者降低动力消耗，从而降低处理费用。通过实验，高温电渗析对提高电渗析的脱盐效率和降低能耗效果显著，尤其是对有余热可利用的工厂更为适宜。

2．2．5 离子隔膜电解

离子隔膜电解是将电解和膜分离过程结合起来的一种新工艺，最典型的例子就是氯碱工业过程。

2．2．6 双极性膜电渗析(EDMB)

双极性膜由层压在一起的阳离子交换膜、阴离子交换膜及两层膜之间的中间层构成。当在阳极和阴极间施加电压时，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(H )和氢氧根离子(OH

一)传递。目前双极性膜电渗析工艺的主要领域是从盐溶液中产酸

(H SO )和碱(NaOH)，但浓度(酸最大浓度2 mol／L，碱最大浓度6 mol ／L[ )和纯度两方面都受到限制。现在开发的领域还有废气脱硫、离子交换树脂再生、钾钠的无机过程等。

2．3 电渗析技术的应用

饮用水、工业废水、医药用水处理以及食品、化学工业等领域，并取得了较好的效果，具有显著的社会效益和经济效益。

2．3．1 电渗析技术在水处理方面的应用（3方面）

2．3．1．1 工业废水处理

①造纸工业废水处理②重金属废水处理

⑧电镀废水处理④放射性废水处理

2．3．1．2 医药废水处理

制药厂废水中含有大量的有机物及许多有价值的物质，氨基酸就是其中的一种。目前国内对这类废水的处理大部分都采用离子交换树脂来脱酸，这样树脂不可避免地要附上一部分氨基酸，树脂再生时这部分氨基酸就作为废液排放掉，造成资源的浪费。

2-3．1-3 饮用及过程水的应用

①苦咸水及海水淡化②海水浓缩制盐⑧纯水的制备

2．3．2 电渗析技术在食品和化学工业中的应用

电渗析技术在医药和食品工业的应用是近年来的一大热点，发展迅速，其主要应用是利用电渗析脱盐或将某一组分分离、提纯出来。在食品工业中应用规模较大，但在医药工业大多数仍处于实验室规模。2．3．2，l 食品工业的应用

①提取乳酸新技术②在食品精制方面的应用

2．3．2．2 化学工业的应用

①金属元素的分离

利用电渗析分离金属元素的方法有两种，一种是采用电渗析与配位化学结合的方法分离金属离子，如加入EDTA分离Co—Ni离子，现处于实验研究阶段；另一种是利用离子迁移速度的不同来进行分离，

②无机酸、碱、盐的提纯

以双极性膜电渗析技术在硅溶胶生产中的应用为例

图1为双极性膜电渗析器工作原理图．

双极性膜电渗析器由多张双极性膜与多张阳膜交替排列组成的膜堆和一对电极板构成．离子交换膜平行放置，将双极性膜电渗析器分隔成阳极室、多个碱室、多个酸室及阴极室．在直流电场作用下，双极性膜可将水解离成H 与OH一，H 与OH一分别从双极性膜的两侧出来进入酸室2和碱室1．原料液泡花碱通人酸室2，其中的Na 在电场作用下向阴极方向移动，通过阳离子膜进入碱室1，因此在酸室2中正好发生H 取代Na 生成硅溶胶的过程，于是泡花碱经酸室转化为硅溶胶．而经阳离子交换膜进入碱室的Na 则与0H 生成NaOH．

上述制备硅溶胶过程不需耗酸，且可连续生产，简化了过程与操作，在后续浓缩工序中可节省一半以上的蒸汽

3 展望

随着科研技术和科研条件的发展，电渗析技术的应用潜力将更多地被研究出来近年来研究利用电渗析杀灭饮用水的细菌和大肠杆菌，他们认为电渗析的杀菌效力是由于在阴、阳粒子交换膜附近分别产生的H 和OH一离子两者协同效应的结果，试验发现只要电流密度和数流速度选择合理，完全可以将饮用水中的细菌全部杀歹E，因此，电渗析系统有可能代替氯气，成为水处理一种新型实用灭菌方法。此外，电渗析技术在海藻中提取碘、络合酮脱盐、人工肾、氧化钛颜料脱色、同价离子分离、电泳涂漆、铀电解还原、碱性氧化铝的制备、甲基丙烯聚合等方面的应用也已经开始研究。因此，电渗析技术的应用前景是十分广阔的。