双极膜电渗析的理论研究进展与应用
海南双极膜电渗析
海南双极膜电渗析海南双极膜电渗析是一种利用膜分离技术进行物质分离的方法。
它是在电场作用下，通过膜的选择性渗透作用，将溶液中的离子或分子分离出来的一种方法。
双极膜电渗析技术在海南地区得到了广泛应用，并在水处理、海水淡化、废水处理、生物医药等领域取得了显著的效果。
双极膜电渗析技术的原理是基于膜的渗透性和电场的作用。
膜是由一层或多层选择性渗透性材料组成的，可以选择性地让溶质通过，而阻止其他组分通过。
在电场作用下，正负极电解液分别注入到两侧的电解槽中，形成电场。
当电解液中的离子或分子进入膜孔时，根据其电荷性质和大小，会受到电场力的作用，使其向相应的极板迁移。
通过调整电场强度和膜孔大小，可以实现对不同离子或分子的分离。
海南双极膜电渗析技术具有许多优点。
首先，它可以高效地分离多种离子或分子，具有很好的选择性。
其次，该技术操作简便，设备成本低，能耗小。
另外，该技术对处理水质的适应性强，可以处理高浓度的溶液，适用于不同的应用场景。
此外，双极膜电渗析还可以实现连续操作，提高了处理效率。
在海南地区，双极膜电渗析技术在水处理领域得到了广泛应用。
海南是一个海岛省份，水资源相对紧缺。
海水淡化成为解决供水问题的重要途径之一。
双极膜电渗析技术可以有效地去除海水中的盐分，使其变为可以使用的淡水。
此外，海南还有许多海水养殖场和海洋化工厂，产生大量的含盐废水。
通过双极膜电渗析技术处理这些废水，可以回收水资源和有价值的溶质，同时减少对环境的污染。
除了水处理领域，双极膜电渗析技术在生物医药领域也有应用。
例如，在药物制剂过程中，通过双极膜电渗析技术可以实现对药物溶液的浓缩和纯化，提高药物的纯度和产量。
此外，在生物分离和纯化过程中，双极膜电渗析技术也可以起到重要的作用。
海南双极膜电渗析技术是一种高效、经济、环保的物质分离方法。
在水处理、海水淡化、废水处理和生物医药等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和创新，相信双极膜电渗析技术在海南地区将会发挥更大的作用，为当地的可持续发展做出更大的贡献。
珠海双极膜电渗析
珠海双极膜电渗析1. 介绍珠海双极膜电渗析是一种高效的离子分离技术，通过使用特殊设计的双极膜，将溶液中的离子按照其电荷和大小进行分离。
该技术在环境保护、化工、制药等领域具有广泛的应用前景。
2. 原理珠海双极膜电渗析基于电渗析原理，利用电场作用将带电粒子（离子）从一侧向另一侧迁移。
其关键部分是双极膜，该膜由阳离子交换层和阴离子交换层组成，能够选择性地传递带正电荷或负电荷的离子。
在珠海双极膜电渗析中，通过施加外加电压，在膜内产生正负两个极化区域。
正极化区域吸引负离子向前移动，而负极化区域吸引正离子向前移动。
这样就实现了对溶液中带正、负电荷的离子进行有效分离。
3. 工艺流程珠海双极膜电渗析的工艺流程如下：1.原料准备：将需要进行分离的溶液准备好，确保其浓度适宜。
2.膜堆组装：将双极膜按照设计要求堆叠在一起，并且保证阳离子交换层和阴离子交换层正确对应。
3.施加电压：将膜堆两端连接到电源上，施加适当的电压。
4.离子分离：在施加电压的作用下，溶液中的带正、负电荷的离子被分离传递到阳离子交换层和阴离子交换层。
5.收集产物：从阳离子交换层和阴离子交换层收集分离出来的纯净溶液。
4. 应用领域珠海双极膜电渗析技术在多个领域具有广泛的应用前景：4.1 环境保护珠海双极膜电渗析可以用于处理含有重金属、有机物等污染物质的废水。
通过该技术，可以高效地将废水中的离子进行分离，达到水质净化的目的。
该技术还可以应用于海水淡化过程中，将海水中的盐分去除，提供大量可用水资源。
4.2 化工在化工领域，珠海双极膜电渗析可以用于溶液的分离和纯化。
在有机合成过程中，通过该技术可以将反应产物与副产物进行有效地分离，提高产品纯度和收率。
该技术还可以用于酸碱溶液、电镀液等的回收和再利用。
4.3 制药在制药领域，珠海双极膜电渗析可用于药物的纯化和浓缩。
通过该技术，可以将药物与杂质进行有效地分离，并且保留药物的活性成分。
该技术还可以应用于生物制品、蛋白质等高值产品的提纯过程。
海南双极膜电渗析
海南双极膜电渗析海南双极膜电渗析是一种新型的膜分离技术，广泛应用于海南的水资源处理和海水淡化领域。
本文将介绍海南双极膜电渗析的原理、应用和优势等方面的内容。
一、原理海南双极膜电渗析是利用膜的选择性通透性和电场作用原理来实现溶液中离子的分离和浓缩。
它通过在两侧施加电场，使带电的离子迁移至相应的极板上，从而实现溶质的分离和富集。
在这个过程中，膜扮演着关键的角色，起到选择性通透的作用。
二、应用海南双极膜电渗析在海南的水资源处理和海水淡化领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于处理含盐污水，将其中的有害离子去除，使水质得到改善。
其次，它可以应用于海水淡化过程中，将海水中的盐分去除，得到可供人们使用的淡水资源。
此外，海南双极膜电渗析还可以用于工业废水处理、电力工业中的溶液浓缩等领域。
三、优势相比传统的分离技术，海南双极膜电渗析具有以下优势。
首先，它具有高效率和高选择性，可以实现对溶质的精确控制。
其次，该技术可以实现连续操作，节约能源和成本。
此外，它还具有操作简便、设备占地面积小、无污染排放等特点，对环境友好。
四、发展前景海南双极膜电渗析作为一种新型的膜分离技术，具有广阔的发展前景。
随着海南水资源的日益紧张，水处理和海水淡化技术的需求将不断增加。
海南双极膜电渗析作为一种高效、环保的水处理技术，将会得到更广泛的应用和推广。
同时，随着技术的不断进步和创新，海南双极膜电渗析在效率、稳定性和成本等方面将会有更大的突破。
海南双极膜电渗析是一种具有潜力的膜分离技术，它在海南的水资源处理和海水淡化领域有着广泛的应用前景。
通过深入研究和不断创新，相信海南双极膜电渗析将为海南的水资源保护和可持续发展做出重要贡献。
双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液的研究
双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液的研究双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液的研究偏钨酸铵是一种常见的无机化合物，具有广泛的应用领域，包括催化剂、电池材料、金属表面处理剂等。
但是，传统的化学合成方法存在着一些不足之处，如反应条件苛刻、产品纯度低等。
因此，寻求一种有效的制备方法是十分必要的。
近年来，双极膜电渗析法因其高效、环保、低成本等优点，成为了制备偏钨酸铵溶液的一种重要方法。
本文将着重探讨双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液的研究进展。
1. 双极膜电渗析法的原理双极膜电渗析法是一种利用双极膜的溶液分离原理，通过外加电场将离子分离、移动及浓缩的方法。
它由中间储罐、阳离子膜、阴离子膜和极板四部分组成。
在外加电场的作用下，阳离子和阴离子从中间储罐分别进入不同的腔室，通过阴离子膜和阳离子膜中的离子交换，使其中的偏钨酸根离子向阴离子膜一侧浓缩，而铵离子向阳离子膜一侧浓缩，最终得到偏钨酸铵溶液。
2. 双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液的研究现状近年来，许多学者采用双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液进行了研究。
其中，焦晓云等（2015）在实验室中进行了双极膜电渗析制备偏钨酸铵溶液的实验研究。
结果表明，以0.8 M Na2WO4为起始溶液，pH值为5.0、温度为30°C、电场密度为4 mA/cm2的工艺条件下，可以获得高质量的偏钨酸铵溶液，半硫酸铵用量分别为1.2倍和1.8倍时，产品的离子选择性都较好，且均可以达到99%以上。
该研究证实了双极膜电渗析法在偏钨酸铵溶液制备中的高效和可行性。
3. 双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液的优势相比传统的化学合成法，双极膜电渗析法有着很多优势。
首先，该方法无需使用有机溶剂或有毒的还原剂等物质，减少了环境污染和化学危险品的使用；其次，制备周期短，反应灵敏度高，具有反应控制精度高、重现性好等特点；再次，该方法能够提高偏钨酸铵的纯度和产率，得到了更优质的产品。
4. 双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液的研究展望尽管双极膜电渗析法已经成为偏钨酸铵溶液制备的有效方法，但仍然需要进一步探索和研究。
双极膜电渗析可以应用于多个领域
双极膜电渗析可以应用于多个领域双极膜电渗析（Bipolar membrane electrodialysis，BMED）是一种新型的离子分别技术，它利用双极膜将水分子电解成氢离子和氢氧离子，从而实现溶液中离子的分别。
由于该技术具有良好的环保性、高效性以及经济性，因此在很多领域都得到了广泛的应用。
下面将认真介绍该技术在不同领域中的应用。
1. 废水处理领域废水处理是双极膜电渗析技术最紧要的应用领域之一、BMED技术可以有效地除去难以处理的有机物、重金属离子、异色污染物等，使废水达到国家排放标准。
值得一提的是，这种技术处理废水的效率高、成本低，具有紧要的市场应用前景。
双极膜电渗析技术的工作原理是利用电渗析和电解过程的耦合，其核心是由两个反相电场分界的双极膜，在它的上下两侧形成了两个电位的不同区域。
水分子在膜的正面上电解出氢离子，而在膜的反面上电解出氢氧离子，从而达到离子分别的效果。
由此可见，在废水处理领域中，该技术可用于各类离子的分别，包括难以处理的有机物、重金属离子、异色污染物等。
2. 发酵技术领域发酵工艺是现代生物技术中的一项紧要技术，它是利用微生物在特定条件下催化有机物转化成有用物质的过程。
BMED技术可以用于发酵废水和发酵液的离子分别，对于提高发酵利用率和产品纯度有侧紧要的作用。
发酵废水的紧要特点是含有大量的氨氮、有机物和少量的无机盐，其中氨氮和有机物是紧要的难点。
经过BMED技术处理后，可以通过离子分别获得含有大量氨氮和少量有机物的氮肥，同时将含有有机物较少的废水进一步处理，带动了环保型肥料的进展。
3. 电化学合成和分析领域电化学合成是一种绿色、环保的合成技术，在化学合成、生物化学等领域有着广泛的应用。
BMED技术与电化学合成技术相结合，可以用于有机合成、催化剂制备等方面。
同时，该技术还可以用于电化学分析，精准分别和测量目标离子种类。
通过BMED技术在电化学应用中的发挥，有效地提高了产品合成的选择性、活性和纯度，加速了分析和检测的过程，提升了分析和检测的精度和效率。
双极膜电渗析原理
双极膜电渗析原理1. 介绍双极膜电渗析是一种通过电场作用将离子从溶液中分离的技术。
它利用了膜的选择性通透性和电场的作用，实现了对溶液中离子的有效分离和浓缩。
本文将详细介绍双极膜电渗析的原理、应用和优势。
2. 原理2.1 双极膜的结构双极膜由两层离子选择性膜和中间的隔离层组成。
离子选择性膜是一种半透膜，可以选择性地允许特定离子通过，而阻止其他离子的通过。
隔离层主要用于防止阳极和阴极之间的直接接触。
2.2 电场的作用当外加电场通过双极膜时，溶液中的离子会受到电场力的作用，向相应的极移动。
阳离子会向阴极移动，而阴离子则会向阳极移动。
这样，离子在膜中的传输就被实现了。
2.3 渗析效应双极膜电渗析的核心是渗析效应。
当离子在膜中移动时，由于离子的尺寸和电荷的不同，它们的迁移速率也不同。
这样，在膜中就会形成离子的浓度梯度，从而实现了离子的分离和浓缩。
3.1 水处理双极膜电渗析在水处理领域得到了广泛应用。
通过双极膜电渗析技术，可以高效地去除水中的离子污染物，如重金属离子、无机盐等。
同时，这种技术还可以实现水中离子的浓缩和回收，提高水资源的利用率。
3.2 医药工业在医药工业中，双极膜电渗析被用于药物的纯化和浓缩。
通过控制电场的强度和方向，可以实现对药物中离子的选择性分离和提纯。
这不仅提高了药物的纯度，还减少了生产成本。
3.3 环境保护双极膜电渗析在环境保护方面也有重要应用。
例如，在废水处理中，可以利用双极膜电渗析技术去除废水中的有害离子，减少对环境的污染。
此外，该技术还可以用于处理酸性废水、重金属废水等特殊废水。
4. 优势4.1 高效性双极膜电渗析技术具有高效分离和浓缩离子的能力。
通过调节电场的强度和方向，可以实现对不同离子的选择性分离，提高了分离效果。
4.2 温和性相比传统的分离技术，双极膜电渗析具有温和的操作条件。
不需要高温、高压等条件，减少了能源消耗和设备成本。
4.3 环保性双极膜电渗析技术是一种绿色环保的分离技术。
双极膜电渗析技术在新能源领域的应用研究进展
双极膜电渗析技术在新能源领域的应用研究进展摘要：双极膜电渗析技术（BMED）集成了双极膜和电渗析技术，充分利用了双极膜界面水解离速度快的性能，通过将双极膜与阴、阳单极模适当组合，实现不同的分离功能。
与传统工艺相比，BMED具有高效节能、环境友好、资源化利用率高等优点。
本文介绍了BMED的技术原理和设备构型，并对其在新能源领域的应用研究进展进行了综述，对BMED技术的未来研究与发展进行了展望。
关键词：双极膜；电渗析；酸碱；碳捕获；新能源近十年来，双极膜电渗析技术（Bipolar Membrane Electrodialysis, BMED）的理论和应用研究获得快速发展，双极膜材料及制备技术不断取得新的进步，应用领域已从化工领域的脱盐和酸碱制备拓展到环保领域的废水和废气处理及资源化利用。
近年来，BMED在化学储能、水电解制氢和太阳能利用等新能源领域也表现良好的应用潜力。
上世纪90年代中期，以美国为代表的西方国家就已开展了BMED的工业化应用，而目前国内还多停留在实验研究和小规模应用阶段。
因此，加强BMED的理论和应用研究，对于推动其在新能源利用领域的应用具有重大意义。
1. BMED的技术原理和设备构型1.1 BMED的技术原理双极膜（Bipolar Membrane，BPM）是一种新型的离子交换膜，通常由阴离子选择性层（AEL）、阳离子选择性层（CEL）和中间界面层（催化层）等3部分复合而成[1]。
当BPM两端施加反向电压时，阴、阳离子选择性层中的离子将分别通过阴、阳层向主体溶液迁移，由于固定电荷基团的静电排斥，溶液中同离子渗透进入离子交换层被阻止，于是在BPM中间界面层出现了一个狭窄区域，该区域的电场强度高达108V/m[2]，此时该区域中的H2O分子快速解离生成H+和OH-[3]，并通过膜层迁移到主体溶液之中，消耗的水分子通过扩散作用由膜外溶液向中间界面层补充，双极膜水解离的速率为常规水解离速率的5×107倍。
双极膜电渗析技术的研究进展
双极膜电渗析技术的研究进展电渗析（ED），作为膜分别中进展较早的分别技术，是在电场作用下，以电势差为驱动力，利用离子交换膜对料液进行分别和提纯的一种高效、环保的分别过程。
1956年，V. J. Frilette发觉在电渗析膜面上形成的钙镁垢是由膜面上的水解离造成的，从而首次提出利用双极膜（BPM）促进膜中水解离现象的想法。
随着膜分别技术和膜材料的进展，消失了由阴阳离子交换层和中间界面催化层复合而成的双极膜材料。
其与传统电渗析结合构成的双极膜电渗析（BMED）技术在近年来得到了快速进展，成为了ED工业进展的新增长点。
BMED是由BPM、阴离子交换膜（AEM）、阳离子交换膜（CEM）等基本单元根据肯定的排列方式组合而成的。
在电场作用下，双极膜中的H2O快速解离为H+和OH-，将盐溶液转化为酸和碱。
近年来，BMED多用于清洁生产、资源回收利用、污染零排放中，同时作为新兴的绿色技术，BMED与其他化工技术正朝着集成化的方向进展。
本文从BMED的基本工作原理动身，回顾BMED技术的进展过程，并总结其近年来在酸碱生产、资源分别和污染掌握等方面的讨论和应用进展，最终依据目前双极膜应用中存在的问题探讨其讨论的重点和将来进展的方向。
01 双极膜电渗析1.1 BMED的工作原理BMED运行时，在电场作用下离子进行定向迁移，当双极膜中的离子都迁向主体溶液时，中间层的水会解离产生H+和OH-对电流进行负载。
然而双极膜中发生的水解离现象不同于通常的水解离，讨论者们对其解离的过程机理开展了大量的理论讨论，但限于过程的简单性，目前还没有达成统一的结论。
依据水在双极膜中间层解离过程的不同，主要提出3种解释水解离机制的物理模型，见图 1。
SWE模型认为，在电场作用下，双极膜中间层（阴阳离子尖锐结合区）会因离子迁移而消失薄的无离子区域，认为水解离发生于此。
H2O 的解离跟弱电解质在高压条件下的解离过程相同，H+和OH-的产生速率为H2O的解离速率，解离常数与电压成正相关；在SWE模型的基础上，为了解膜上荷电基团对水解离的影响，进一步提出化学反应模型（CHR），该模型认为由膜基质中的羧酸基、叔胺基和膜内的金属离子等影响水解离速率的现象可知，膜上固定基团通过质子化反应进行水解离产生H+和OH-，且解离更易发生在AEM侧；为解释双极膜中间层较大的能量消耗，提出中和层模型（NL），结果发觉，双极膜的AEM、CEM界面处存在中和层区域，水解离发生在电荷区和电荷与中和层区域的界面处。
双极膜电渗析在钢铁行业酸洗废液处理中的应用研究
双极膜电渗析在钢铁行业酸洗废液处理中的应用研究摘要：将双极膜电渗析技术应用到钢铁行业酸洗废液处理领域，采用自主设计的双极膜电渗析器，以某钢带厂酸洗废液中和后的上清液（Na2SO4）为原料制备NaOH和H2SO4。
要求产生的硫酸（浓度大于10%），回用于酸洗生产线；产生的氢氧化钠（浓度大于8%）用来中和沉淀原酸洗废液。
实验结果表明：在电流密度57mA/cm2，中和处理后的上清液（Na2SO4 10%）条件下，实验范围内新产生的H2SO4 浓度约为15.4%，NaOH浓度为7.9%，满足要求。
因此将双极膜电渗析法应用到钢铁行业酸洗废液处理过程中是可行的、且具有较大的优势，能做到减少污染物排放，资源回收，节约原料成本的目的。
关键词：双极膜电渗析，钢铁行业，酸洗废液，资源回收前言：在钢材生产过程电镀和喷涂生产单元之前，应清除掉外表面的氧化铁皮。
目前除氧化铁皮的方式，基本使用酸洗技术。
所谓的废酸液是指经过酸洗后酸洗液中酸的浓度降低，铁盐的含量增加，从而使酸洗能力不能满足生产速度和质量要求的酸洗液，这时的溶液中仍含有5%左右的酸，也含有20%~24%的铁（FeSO4），由于严重的腐蚀性，已被列入《国家危险废物名录》。
如果对该废酸液不进行处理，排入下水道或者直接外排到附近受纳水体，残酸会腐蚀水泥和混凝土及周边土地，破坏水体中的碳酸钙平衡，而使水中动物死亡，有害于农作物，该类废液直接排放不仅严重污染周边环境，违反国家《环境保护法》，而且造成极大浪费。
目前国内外钢铁工业硫酸酸洗废液的处理方法主要有中和法、硫酸铁盐法、渗析法、生物法等方法。
中和法：一般采用石灰、电石渣或烧碱对其进行中和处理，使pH值达到国家排放标准后排放。
其缺点是中和药剂成本高，费用大，废酸处理量受限，而且酸洗废液中的硫酸、FeSO4等资源没有得到有效利用。
硫酸铁盐法采用浓缩、冷却、结晶等手段，使硫酸亚铁结晶析出，并烘干回收。
其缺点是设备投资大，操作麻烦，处理频繁，生产周期长，能耗高，只能回收硫酸亚铁，不能回收硫酸。
双极膜填充床电渗析技术应用试验
双极膜填充床电渗析技术应用试验双极膜由阴离子交换树脂层(AL)、阳离子交换树脂层(CL)及中间界面亲水层组成，在直流电场作用下，它能将水直接离解成H+和OH-［1］。
利用双极膜与其他阴、阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入组分的情况下将水溶液中的盐转化和分离成相应的酸和碱，用此原理对混床离子交换树脂电再生的试验研究显示了良好的技术可行性［2］，现将双极膜和填充床电渗析技术相结合，组装成三隔室BPM—EDI装置，应用于复床离子交换树脂的电再生。
1原理将阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜按一定的顺序排列，并在双极膜两侧分别填充阴、阳两种离子交换树脂，就组成了双极膜三隔室填充床电渗析装置，其原理如图1所示。
在一定电压下，双极膜能把水直接离解成OH-和H+。
阴树脂室内，在电场作用下阴树脂对水中阴离子起到吸附传导作用，使阴离子最终通过阴膜而进入浓水室，而双极膜对水离解产生的OH-在其他阴离子解吸时被阴树脂吸附，从而使树脂又具有了吸附和传导阴离子的活性，即得到再生；同理在阳树脂室内，阳离子在电场作用下，通过阳树脂的吸附传递最终通过阳膜进入浓水室，而双极膜对水离解产生的H+在其他阳离子解吸时被阳树脂吸附，使树脂得到再生。
当所用原水含盐量较低时，在一定的电压下(大于装置极限电流的操作电压)，双极膜以及阴、阳膜和树脂颗粒界面层都发生不同程度的极化，而双极膜将更高效地将水离解为H+和OH-，使树脂室内的树脂得到更好的再生。
2试验装置与方法2.1装置双极膜三隔室EDI装置如图2所示，为三级三段组装。
双极膜为上海化工厂特制；阴、阳离子交换膜采用上海化工厂生产的3361—BW和3362—BW；离子交换树脂采用南开大学化工厂生产的001×7阳树脂和201×7阴树脂；树脂室隔板为硬聚氯乙烯板，规格为400 mm×150 mm×5 mm，加工成无回路暗道式进出水隔板，以便填充树脂；电极分别采用钛涂钌(阳极)和不锈钢板(阴极)；0～100 V可控硅整流器；DDS—11A型电导仪；PHS—2C型酸度计。
大连双极膜电渗析
大连双极膜电渗析一、介绍大连双极膜电渗析大连双极膜电渗析是一种高效的水处理技术，该技术利用了电化学反应和半透膜分离原理，可以有效地去除水中的离子和有机物质。
该技术具有高效、环保、节能等优点，在水处理、废水处理、海水淡化等领域得到广泛应用。
二、大连双极膜电渗析的原理大连双极膜电渗析的原理是利用半透膜分离原理和电化学反应，将带电离子从溶液中转移到其他相中。
在该技术中，使用两个相对而言具有不同离子浓度的溶液，通过半透膜分隔开来，并施加一定的电场。
在这个过程中，带正电荷或负电荷的离子会被迫向相反方向移动，最终被收集起来。
三、大连双极膜电渗析的设备和工艺流程1. 设备大连双极膜电渗析设备主要由以下部分组成：（1）进料系统：包括进料泵和进料管道等。
（2）电渗析装置：包括双极膜、电极、电源等。
（3）产物收集系统：包括阳离子和阴离子的收集器等。
2. 工艺流程大连双极膜电渗析的工艺流程如下：（1）进料：将待处理的水通过进料管道输送到电渗析设备中。
（2）预处理：对进料水进行预处理，去除悬浮物、沉淀物等杂质。
（3）分离：将进料水分成两部分，一部分为阳离子溶液，另一部分为阴离子溶液，通过双极膜隔开。
（4）施加电场：在双极膜两侧施加一定的电场，使得带正电荷或负电荷的离子向相反方向移动，并被收集起来。
（5）产物收集：将阳离子和阴离子通过收集器进行分别收集和处理。
四、大连双极膜电渗析的应用1. 水处理大连双极膜电渗析可以用于饮用水、工业用水等领域的水处理。
该技术可以去除水中的有机物、重金属、硝酸盐等有害物质，提高水的质量。
2. 废水处理大连双极膜电渗析可以用于废水处理，特别是对于含有重金属、难降解有机物等的废水处理效果显著。
3. 海水淡化大连双极膜电渗析可以用于海水淡化，将海水中的盐分去除，得到可供人类使用的淡水。
五、大连双极膜电渗析技术的优点1. 高效：大连双极膜电渗析具有高效去除离子和有机物质的能力。
2. 环保：该技术不需要添加任何化学药剂，不会产生二次污染。
双极膜电渗析理论与应用的研究进展.TextMark
2004年第23卷第10期 化 工 进 展CHE MIC A L I NDUSTRY AND E NGI NEERI NG PROG RESS双极膜电渗析理论与应用的研究进展唐 宇 王晓琳 龚 燕 余立新(清华大学化学工程系,北京100084)摘 要 从理论和应用研究两方面较为全面地综述了双极膜电渗析技术在近些年的发展,阐述了双极膜中水解离、水迁移、离子迁移以及双极膜电渗析过程等理论研究新进展,介绍了它在有机酸的回收制备、环境保护和食品医药工业及其他领域中的新应用,并展望了其在工业生产和日常生活中的应用前景。
关键词 双极膜,电渗析,水解离,水迁移中图分类号 T Q02818 文献标识码 A 文章编号 10006613(2004)10110706 双极膜是一种新型的离子交换复合膜,它通常由阳离子交换层(N型膜)、界面亲水层(催化层)和阴离子交换层(P型膜)复合而成,是真正意义上的反应膜。
在直流电场作用下,双极膜可将水离解,在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子[1]。
利用这一特点,将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统,能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱,这种方法称为双极膜电渗析法。
双极膜电渗析法不仅用于制备酸和碱,若将其与单极膜巧妙地组合起来,能实现多种功能并可用于多个领域[2]。
有关双极膜的研究报道自20世纪50年代中期就出现了,其发展过程可划分为三个阶段:第一阶段20世纪50年代中期至80年代初期,这是双极膜发展十分缓慢的时期,双极膜仅是由两片阴阳离子交换膜直接压制,性能很差,水分解电压比理论压降高几十倍,应用研究还处在以水解离为基础的实验室阶段;第二阶段从20世纪80年代初至90年代初,由于双极膜制备技术的改进,成功地研制了单片型双极膜,其性能大大提高,已经在制酸碱和脱硫技术中得到了成功应用,这一阶段出现了商品双极膜。
从20世纪90年代初至今,是双极膜迅速发展的时期,随着对双极膜工作过程机理的深入研究,从膜结构、膜材料和制备过程上进行了重大改进,使双极膜的性能有了较大提高,其中主要是对阴膜和阳膜接触界面的改进,从最初简单的“压层型”或“涂层型”结构到20世纪80年代初开始出现的“单片型”结构,随后又出现带有中间“催化层”的复杂结构,大大降低了膜电压[3]。
双极膜电渗析技术在有机酸生产中的应用进展
双极膜电渗析技术在有机酸生产中的应用进展在最近的10几年里，双极膜电渗析技术(Elec-Trodialysis with Bipolar Membrane，EDBM)的理论和应用研究获得了突飞猛进的发展。
双极膜的应用研究已经深入到环境、化工、生物、食品、海洋化工和能源等各个方面。
但是真正用于大规模生产的，主要也就是在有机酸发酵生产中的应用了。
采用双极膜电渗析技术可以浓缩发酵液中的有机酸，可以除去发酵液中的无机盐离子。
对于发酵产物为有机酸盐的，还可以实现从有机酸盐到有机酸的转化，而不需要另外加酸，也不产生任何酸碱盐废液。
因此能够减少环境污染，降低化工原料和能源消耗，具有显著的工业应用价值和环境效益。
同时因其产品回收率高、纯度高，而由此导致的产品质量提高所带来的经济效益更令人振奋。
所以从1995年后，在美国、意大利、日本、法国和德国等都纷纷建立了双极膜电渗析法生产有机酸或氨基酸的工厂，而国内大多还只停留在实验研究阶段。
我们也正在从事这方面的研究，但由于双极膜价格贵，设备一次性投入很大，因而在大规模生产上还不是很普及。
所以若能在双极膜本身的生产方面有所突破，那么双极膜电渗析技术在有机酸生产中的应用前景将会非常乐观。
1 双极膜电渗析技术生产有机酸的原理双极膜是近年来发展比较迅猛的一种新型离子交换复合膜，由阴、阳膜层缔合而成，在电场的作用下，阴、阳膜层的界面就会发生水的解离，产生H+和OH-．H+可与阴离子结合成酸，OH-可与阳离子结合成碱，这就是双极膜能够实现制酸、制碱的关键所在。
据理论计算，制备1mol/L 25℃的酸和碱，双极膜的理论电势只有0.83V，而电解需2.1V，因此利用双极膜进行水解离制备酸和碱比直接电解水要经济得多。
双极膜电渗析技术是在离子交换基础上发展起来的一种高效膜分离技术，其基本依据是离子在电场作用下的定向运动和离子交换膜的选择透过性，以及双极膜特有的水解产生H+、OH-的能力。
在此法中同时还有配套使用的阴膜和阳膜。
双极膜填充床电渗析技术应用试验
双极膜填充床电渗析技术应用试验双极膜填充床电渗析技术是一种新型的电渗析技术，可以用于水处理、污水处理、海水淡化等领域。
该技术利用双极膜的特殊性质，将带有离子的溶液分离出来，从而实现纯化的效果。
本文旨在探讨双极膜填充床电渗析技术的应用试验。
一、技术原理双极膜填充床电渗析技术是一种利用电分离的原理对溶液进行分离的技术。
该技术包含两个阴阳极，之间有一块带有孔隙的聚合物膜，孔隙大小在毫微米级别。
当电压施加至阴阳极上时，电场会影响溶液中的离子流动方向，并将离子分离到相关电极上。
双极膜填充床电渗析技术是将阴阳极、膜和填充层组合在一起，通过离子交换，将需要分离的离子分离出来，从而达到纯化的目的。
二、应用领域双极膜填充床电渗析技术的应用领域非常广泛。
其中，水处理、污水处理、海水淡化等领域是双极膜填充床电渗析技术最为常见的应用领域。
在这些领域中，该技术广泛应用于除去水中含有的铁、铜、铅等重金属或有机物质，从而达到纯化水的目的。
三、应用试验为了验证双极膜填充床电渗析技术在水处理、污水处理、海水淡化等领域中的应用效果，学者们进行了一系列的实验。
下面，我们将针对这些实验进行简单的介绍。
1.水处理试验在水处理试验中，研究人员将含铁的水样通过双极膜填充床电渗析技术进行处理，实验结果表明，利用该技术可以将水中的铁去除约91.2%以上，其处理效果较好。
但是在实验过程中还需注意，水温、pH值、成分都会影响电渗析的效果，因此需要针对性地对某些影响因素进行调整。
2.污水处理试验在污水处理试验中，研究人员提取了来自某个工业区域的污水样品进行实验。
实验结果表明，利用双极膜填充床电渗析技术可以有效去除污水中的重金属离子和有机物质，其去除率分别为78%和92%。
另外，在实验过程中，研究人员还发现设备设计的良好会对电渗析的分离效果产生很大影响，因此需要针对性地设计电渗析设备。
3.海水淡化试验在海水淡化试验中，研究人员选取某个地区的海水样品进行实验。
双极性膜电渗析技术及应用_图文(精)
以大豆蛋白质分离为例,食品工业中用到的大豆蛋白质大部分以离析蛋白形式存在。现在工业过程普遍采用的分离蛋白质的方法是等电位沉淀法,等电位p H值范围是412~416。工艺流程包括:萃取、沉淀、洗涤、再增溶、干燥五步。首先把脱脂的大豆碎片溶于水中,p H值为9±2,萃取步骤大约需要30min;然后加盐酸把溶液的p H值调到等电位点, p H值约为415,此时蛋白质析出;离心法分离出凝结物,用水洗涤除去可溶杂质,然后用NaO H再增溶获得蛋白盐,以保证蛋白质的可溶性,最后干燥得产品。大部分商业出售的大豆蛋白质产品都用这种方法制备,该方法的缺点是:和酸碱接触可能引起蛋白质变性,杂质较多,再水化后蛋白质溶解性能改变,局部p H值过高(或低会导致蛋白质的不可逆变性。根据双极性膜电渗析系统的特点,即双极性膜的阳膜析出H+,阴膜析出O H-,可以把双极性膜电渗析技术应用于大豆蛋白质的分离:即将萃取得到的蛋白质溶液在双极性膜的阳膜外循环,阳膜区的H+和蛋白质接触,能把蛋白质溶液的p H值调到等电位点,使蛋白质沉淀;洗涤沉淀后,利用双极性膜阴膜外生成的NaO H再增溶蛋白质,得蛋白盐,或让沉淀完的蛋白质溶液在阴膜外循环得到蛋白盐。与传统工艺相比,双极性膜电渗析技术分离蛋白质有很多优点:整个生产过程不需要添加酸和碱,资源可以循环利用,耗水少,分离出的蛋白质中盐含量电渗析的研究开始较晚,现在还处于实验研究阶段,制取的膜的性能与国外相比也还有较大差距。但近年来我国电渗析技术的发展有了重大突破,双极性膜的主要性能指标都有了很大提高,运行也稳定了,其技术特点如价廉、实用、好管理等更适合我国国情,应给予重视。今后还需要继
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第2期杨金贤等:双极性膜电渗析技术及应用
续开发高性能的双极性膜,改进膜的制备工艺,降低膜的成本。
双极膜电渗析法制
双极膜电渗析法制双极膜电渗析法是一种先进的膜分离技术，广泛应用于水处理、化工、生物等领域。
本文将对双极膜电渗析法的原理、特点、应用及发展前景进行详细介绍。
一、双极膜电渗析法的原理双极膜电渗析法是在电场作用下，利用双极膜的选择性透过性能，实现溶液中离子的分离和纯化。
双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成，两者之间填充有离子选择性透过膜。
当溶液通过双极膜时，在电场作用下，阳离子和阴离子分别通过阳离子交换膜和阴离子交换膜，实现离子的分离。
同时，透过离子选择性透过膜的水分子和未分离的离子形成浓缩液和稀释液，分别排出系统。
二、双极膜电渗析法的特点1.高效性：双极膜电渗析法具有较高的分离效率和纯化效果，能够实现溶液中离子的有效分离。
2.节能环保：与传统的分离方法相比，双极膜电渗析法具有较低的能耗和较少的废弃物产生，符合绿色环保理念。
3.操作简便：双极膜电渗析法操作简单，可实现自动化控制，降低人工操作成本。
4.应用广泛：双极膜电渗析法可用于水处理、化工、生物等多个领域，具有较强的适用性。
三、双极膜电渗析法的应用1.水处理领域：双极膜电渗析法可用于海水淡化、工业废水处理等方面，实现水资源的有效利用和环境保护。
2.化工领域：在化工生产中，双极膜电渗析法可用于离子液体的分离和纯化，提高产品质量和生产效率。
3.生物领域：双极膜电渗析法可用于生物医药、生物工程等领域，实现生物产品中目标离子的分离和纯化，提高产品的纯度和收率。
此外，双极膜电渗析法在蛋白质分离、基因工程等方面也有广泛应用。
四、发展前景随着科技的不断进步和环保意识的日益增强，双极膜电渗析法作为一种高效、环保的分离技术，将在未来发挥更加重要的作用。
以下是双极膜电渗析法的发展前景：1.技术创新：随着材料科学和工程技术的不断发展，双极膜的性能和稳定性将得到进一步提升，提高双极膜电渗析法的分离效率和纯化效果。
2.拓展应用领域：双极膜电渗析法在水处理、化工、生物等领域的应用将进一步拓展，同时有望在其他领域如能源、环保等实现新的突破。
双极膜电渗析的理论研究进展与应用
量的水分子迁移。 （5）压差渗漏 溶液透过膜的现象。当膜的两侧存在压差时，溶液由压
力大的一侧向压力小的一侧渗漏。因此在操作中，应使膜两 侧压力趋向平衡，以减小压差渗漏损失。
（6）水的解离 水的解离也称为极化。是指在一定电压作用下，溶液中 离子未能及时补充到膜表面时，膜表面的水分子解离成H+ 和OH-的现象。当中性的水解离成H+和OH-以后，它们会透过 膜发生迁移，从而扰乱浓、淡水流的中性性质。这是电渗析 装置的非正常运行方式，应尽力避免。
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郑淑英：双极膜电渗析的理论研究进展与应用
生同名离子迁移。 （2）电解质的浓差扩散
也称为渗析，指电解质离子透过膜的现象。由于膜两侧 溶液浓度不同，受浓度差的推动作用，电解质由浓水室向淡 水室扩散，其扩散速度随两室浓度差的提高而增加。
（3）水的渗透
淡水室的水，由于渗透压的作用向浓缩室渗透，渗透量 随浓度差的提高而增加。
电 渗 析 的 研 究 始 于 上 世 纪 初 的 德 国 。 1952 年 美 国 [1]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、化工及城市废 水处理等领域。
双极膜电渗析技术在有机酸制备与回收中的应用
双极膜电渗析技术在有机酸制备与回收中的应用双极膜电渗析技术在有机酸制备与回收中的应用1. 引言有机酸是一类在许多行业应用广泛的化学品，包括食品、制药、农业等领域。
然而，传统的有机酸制备方法通常存在诸多问题，如反应产物难以分离纯化、化学试剂消耗大、对环境不友好等。
为了解决这些问题，科学家们不断努力寻找新的酸基制备和回收技术。
近年来，双极膜电渗析技术作为一种应用广泛的分离和浓缩技术，在有机酸制备与回收领域展示出了巨大的潜力。
2. 双极膜电渗析技术的原理及优势双极膜电渗析技术是利用带电的聚合物膜，基于电渗析和电解质选择性渗透原理，实现分子的选择性转移和纯化。
传统的反渗透膜技术仅适用于纯水处理，而双极膜电渗析技术则可以广泛应用于有机酸制备与回收过程中。
双极膜电渗析技术的优势主要体现在以下几个方面：1) 简单高效：双极膜电渗析技术的操作相对简单，不需要使用大量的化学试剂，从而减少了废物产生和环境污染。
2) 选择性渗透：通过调节膜的特性，可以实现对特定有机酸的高效分离和回收，同时去除杂质和水分。
3) 可调性强：双极膜电渗析技术可以根据具体的需求进行调节和优化，以实现最佳的分离效果。
3. 双极膜电渗析技术在有机酸制备中的应用双极膜电渗析技术在有机酸制备中有着广泛的应用。
以柠檬酸的制备为例，传统的方法通常采用化学合成或酶法合成，但存在分离困难和反应条件容易受到限制的问题。
而双极膜电渗析技术可以有效解决这些问题。
在双极膜电渗析技术中，通过选择和设计合适的聚合物膜以及优化操作条件，使得柠檬酸通过正负极膜的渗透和选择性转移，实现柠檬酸的纯化和回收。
该技术具有高效、经济、环保等优点，在柠檬酸制备中显示出了广大市场和应用前景。
4. 双极膜电渗析技术在有机酸回收中的应用有机酸回收是有机酸制备过程中的一个重要环节，传统的回收方法往往存在效率低、产生大量废液等问题。
双极膜电渗析技术在有机酸回收中的应用可以解决这些问题。
通过调节膜的特性和操作条件，双极膜电渗析技术可以实现有机酸的高效回收。
双极膜电渗析制酸碱
双极膜电渗析制酸碱双极膜电渗析是一种高效的离子分离技术，在制酸碱领域也被广泛应用。
本文将详细介绍双极膜电渗析制酸碱的原理、过程及应用。
一、原理双极膜电渗析利用了双极膜的离子选择性通透作用和电解质的电荷性质，实现了对不同离子的有效分离。
在制酸碱过程中，将待分离液体加入电渗析装置的中央，连接电源后，在双极膜的电场作用下，离子会被分离排列。
双极膜由正负交替排列的阳离子交换膜和阴离子交换膜组成，两种膜材质在电场作用下对离子的通透性存在差异。
正极为正离子交换膜，阴极为阴离子交换膜。
在电压的作用下，带电离子会在膜的两端分别被吸附，而非带电离子则通透膜而直接进入阳阴两侧的废液室。
二、过程具体步骤如下：1、准备制酸碱所需离子、溶液和设备。
2、将待分离液体加入电渗析装置的中央。
接通电源，在双极膜的电场作用下，带电离子向阳阴两侧分离。
3、从废液室收集分离出的离子，保证废液的排放达到环保标准。
4、调节电场作用的电压、电流、时间等参数以达到最佳的分离效果。
5、分离完成后，收集分离出的酸碱。
对于制酸碱工业生产，还需要后续的过滤、浓缩、干燥等步骤。
三、应用双极膜电渗析制酸碱技术被广泛应用于制药、化工、电子、环保等领域。
1、制药领域：双极膜电渗析制酸碱技术可用于制取各种药品中的酸碱成分，如糖皮质激素类药物、激素类药物、抗肿瘤药物等。
2、化工领域：双极膜电渗析制酸碱技术可用于制取各种化工中的酸碱成分，如醋酸、硫酸、氢氧化钠等。
3、电子领域：双极膜电渗析制酸碱技术可用于制取各种半导体材料中的酸碱成分，如硅酸、氯化铵等。
4、环保领域：双极膜电渗析制酸碱技术可用于处理污水中的酸碱成分。
四、优缺点1、优点(1)可高效地分离不同类型的离子，分离效率高。
(2)过程控制简单，易于操作。
(3)生产效率高，制酸碱的时间和成本较低。
(4)环保，产生的废液可通过后处理达到排放标准。
2、缺点(1)装置体积较大，对设备要求较高。
(2)对于特殊的酸碱成分，如氢氟酸等，双极膜电渗析可能不适用。
双极膜电渗析技术在制酸领域的研究进展
第４９卷第１期２０２０年１月应㊀用㊀化㊀工ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶｏｌ.４９Ｎｏ.１Ｊａｎ.２０２０收稿日期:２０１９￣０７￣０３㊀㊀修改稿日期:２０１９￣０８￣１６基金项目:国家自然科学基金(２１６０６２３５)作者简介:闫凯旋(１９９４－)ꎬ男ꎬ江苏宿迁人ꎬ在读硕士研究生ꎬ师从刘俊生教授ꎬ从事化学传递及分离工程㊁废水处理和再利用研究ꎮ电话:１３８５６５６２９０３ꎬＥ－ｍａｉｌ:７３５８９５９６４＠ｑｑ.ｃｏｍ通讯联系人:刘俊生ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｊｓｌｉｕ＠ｈｆｕｕ.ｅｄｕ.ｃｎ双极膜电渗析技术在制酸领域的研究进展闫凯旋１ꎬ２ꎬ郑强松１ꎬ刘俊生１ꎬ陈向荣２ꎬ檀胜２ꎬ杭晓风２(１.合肥学院生物食品与环境学院ꎬ安徽合肥㊀２３０６０１ꎻ２.中国科学院过程工程研究所ꎬ北京㊀１００１９０)摘㊀要:介绍了近年来为提高双极膜性能出现的新型制备工艺ꎬ分析了不同膜堆构型在酸制备过程中的适用性ꎮ综述了双极膜电渗析技术在制备有机酸㊁无机酸领域的最新研究进展ꎬ特别是将双极膜电渗析技术与现有技术的耦合应用方面以降低双极膜电渗析制酸成本ꎬ提高其市场竞争力ꎮ最后对实现制酸产业 零排放 的前景进行了展望ꎮ关键词:双极膜电渗析ꎻ有机酸ꎻ无机酸ꎻ耦合应用中图分类号:ＴＱ６２８.８㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１６７１－３２０６(２０２０)０１－０１９６－０６ＡｄｖａｎｃｅｏｆｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｃｉｄＹＡＮＫａｉ￣ｘｕａｎ１ꎬ２ꎬＺＨＥＮＧＱｉａｎｇ￣ｓｏｎｇ１ꎬＬＩＵＪｕｎ￣ｓｈｅｎｇ１ꎬＣＨＥＮＸｉａｎｇ￣ｒｏｎｇ２ꎬＴＡＮＳｈｅｎｇ２ꎬＨＡＮＧＸｉａｏ￣ｆｅｎｇ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＦｏｏｄａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳａｆｅｔｙꎬＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＨｅｆｅｉ２３０６０１ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１００１９０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｎｅｗｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｓꎬａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｍｂｒａｎｅｓｔａｃｋｃｏｎｆｉｇｕｒａ￣ｔｉｏｎｓｉｎａｃｉｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ.ＴｈｅｌａｔｅｓｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＢＭＥＤｉｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｓａｎｄｉｎ￣ｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｓｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ.ＩｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｕｌｄｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＢＭＥＤａｎｄｅｘｉｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｓｔｏｆａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｉｔｓｍａｒｋｅｔｃｏｍｐｅｔｉ￣ｔｉｖｅｎｅｓｓ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｒｅａｌｉｚｉｎｇｚｅｒｏｅｍｉｓｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅａｃｉｄ￣ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙｉｓｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ(ＢＭＥＤ)ꎻｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄꎻｉｎｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄꎻｃｏｕｐｌｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ㊀㊀酸产品是重要的工业生产资料ꎬ可分为有机酸和无机酸两大类ꎮ有机酸主要是由微生物发酵液酸化沉淀制得ꎬ该过程包含酸化㊁沉淀㊁过滤㊁蒸发等繁杂操作ꎬ而无机酸的制备工艺多涉及复杂的化学反应过程ꎮ传统制酸工艺不仅引入大量的化学药剂ꎬ生产成本高ꎬ且工艺过程复杂ꎬ所排放的 三废 更是给环境带来了巨大压力[１￣３]ꎮ离子交换法是常用的制酸工艺ꎬ凭借树脂的廉价和工艺的高度成熟等优点被广泛应用于有机酸和无机酸的生产ꎮ但树脂再生会产生大量的酸㊁碱废水ꎬ处理难度大㊁易造成环境污染ꎮ为了克服这些问题ꎬ有研究者尝试采用电渗析技术以盐溶液制备酸产品ꎬ该工艺过程相对简单ꎬ污染较少[４]ꎮ但电渗析能耗较高ꎬ设备安装复杂ꎬ且不能为酸根提供Ｈ＋ꎬ需要引入大量外源酸ꎬ极大地增加了产品酸受污染的风险ꎬ产生的盐水也成为重要的环境负担ꎮ双极膜电渗析(ＢＭＥＤ)技术在绿色化㊁节能化㊁高效化产酸方面更具优势ꎬ在将盐同步转化为对应碱和酸的同时ꎬ不需要添加化学药剂且几乎不副产废水ꎬ相比普通电渗析ꎬ其能耗更低ꎬ效率较高ꎮ１㊀双极膜水解离机理双极膜(ＢＰＭ)是一种由阴离子交换层(ＡＥＬ)㊁阳离子交换层(ＣＥＬ)和中间界面层(ＩＬ)组成的复合离子交换膜[５]ꎮ当在双极膜两侧施加反向电压时ꎬ带电离子分别通过阴㊁阳离子交换层向双极膜两侧主体溶液迁移ꎬ中间界面层内离子耗竭并形成高电势梯度(１０８Ｖ/ｍ)ꎬ从而使水分子发生解离ꎮ水解离生成的ＯＨ－和Ｈ＋在电场力作用下分别迁移进入两侧的主体溶液[６]ꎬ同时溶液中的水通过扩散作第１期闫凯旋等:双极膜电渗析技术在制酸领域的研究进展用进入中间层补充被解离的水分子(见图１)ꎮ对于发生在双极膜的水解离电化学现象目前还未有统一的理论解释ꎬ常用于描述双极膜水解离的模型主要有Ｓｅｃｏｎｄｗｉｅｎｅｆｆｅｃｔ模型(ＳＷＥ)㊁化学反应模型(ＣＨＲ)和中和层模型[７]ꎮＳＷＥ模型假设双极膜紧密结合无缝隙ꎬ通直流电后ꎬ中间层的电解质离子分别通过阴㊁阳膜迁移出来ꎬ形成 耗尽层 ꎮ阴㊁阳离子膜结合处只剩下未被补偿的固定电荷ꎬ可移动的离子浓度很低甚至没有ꎬ此区域的水分子发生解离ꎮ由于 耗尽层 场强非常高ꎬ水的解离相当于弱电解质解离ꎬ离子产生的速率可以视为水的解离速度ꎬ重新结合的ＯＨ－和Ｈ＋忽略不计[８]ꎮ但是ＯＮＳＡＧＥＲ提出的ＳＷＥ模型只适用于Ｅ＝１０７~１０８Ｖ/ｍꎬ对更高场强的适用性尚无人证实ꎮＣＨＲ模型是由Ｓｉｍｏｎｓ提出的另一个水解离理论ꎬ该理论认为水的解离主要是由于双极膜内阴离子交换层或阳离子交换层上的离子交换基团夺取水分子的质子ꎬ然后通过官能团传递释放质子到双极膜外ꎬ即活性基团的质子化和去质子化ꎮ目前ꎬ通过在中间层添加催化剂以降低双极膜电势㊁降低水解离活化能㊁加快水解离速率成为增强双极膜性能的重要手段[９]ꎮ中和层模型[１０]认为阴㊁阳离子交换层膜界面处还存在中性层(中和层)ꎬ水的解离发生在单个离子交换层中ꎬ也发生在离子交换层与中性层的接触界面中ꎮ目前该理论较少被提及ꎬ且不适用于没有中性层的双极膜ꎬ比如在同一基膜两侧引入不同交换基团制成的双极膜就没有中性层ꎮ图１㊀双极膜结构示意图Ｆｉｇ.１㊀Ｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍ２㊀双极膜的制备和膜堆构型２.１㊀双极膜的制备工艺双极膜作为ＢＭＥＤ的核心部件ꎬ其自身性能直接影响到双极膜电渗析的制酸碱能力ꎬ制备高性能的双极膜对推动ＢＭＥＤ技术在制酸领域发展具有重要意义ꎮ为了增强双极膜的各项性能(如跨膜电压降㊁水解离速率㊁膜层稳定性㊁耐酸碱及耐温性等)ꎬ出现了包括热压成型法㊁粘合成型法㊁延流成型法㊁基膜两侧分别引入阴阳离子交换基团法㊁无机材料粘合法等在内的多种双极膜制备工艺ꎮ其中延流成型法制作的双极膜结构紧密㊁具有极好的化学稳定性和机械稳定性ꎬ制作工艺简单ꎬ成本较低ꎬ是目前制备双极膜的主流工艺[６]ꎮ但上述方法在膜层厚度的精确控制和中间层结构的可塑性方面存在一定的欠缺ꎮ特别是中间层作为水的解离区域ꎬ对双极膜的性能有着极其重要的影响ꎮＡｋｉｈｉｋ等[１１]通过静电纺丝技术用离子交换树脂在商业化ＡｃｉｐｌｅｘＫ５０１阳膜上制出纳米纤维中间层ꎬ利用纳米纤维较高的比表面积增加反应活性位点进而促进了水的解离ꎮ但由于双极膜的阴㊁阳层仍为延流法制作ꎬ该方法制备的双极膜普遍存在各膜层间结合力不强㊁相互渗透严重㊁膜整体结构不稳定等问题ꎮ为此ꎬ陈晓等[１２]尝试将不同聚合物纺丝材料按照阳离子交换层(或阴离子交换层)㊁中间层㊁阴离子交换层(或阳离子交换层)的顺序连续静电纺丝ꎬ再通过化学交联或者热压稠密化得到完整的多层结构双极膜ꎬ制成的ＡＰＡＭ/ＣＳ￣ＰＶＡＬ型纳米纤维双极膜显示出较好的溶胀性和界面结构稳定性ꎬ将膜置于６０ｍＡ/ｃｍ２条件下ꎬ测得该双极膜跨膜电压６.１Ｖꎬ远低于延流法制备双极膜的８.１Ｖꎮ为进一步增强双极膜的稳定性ꎬ提高ＢＭＥＤ的制酸性能ꎬＳｈｅｎ等[１３]分别以ＱＰＰＯ㊁磺化聚醚醚酮(ＳＰＥＥＫ)为阴阳离子交换层的纺丝液ꎬ以Ａｌ(ＯＨ)３纳米颗粒为中间层催化剂制备出拥有阴阳膜互穿３Ｄ结构的双极膜ꎮ该３Ｄ结构有效控制了双极膜在高电流密度条件和频繁启停条件下膜分层起泡现象ꎬ同时处在３Ｄ孔道内的催化剂大幅增加了水解离效率ꎮ实验还测得双极膜在１０００ｍＡ/ｃｍ２的高电流密度下稳定运行ꎬ且未发生严重的不可逆损伤ꎮ另外ꎬ致密的外层离子束提高了离子膜的选择性(几乎不发生同离子泄露)ꎬ这对制备高纯度酸具有重要意义ꎮ虽然通过诸如静电纺丝㊁雾化喷涂等新工艺能够通过精准控制膜层厚度㊁均匀喷涂催化剂㊁甚至塑造更牢固的中间层结构来提高双极膜的各项性能[１４]ꎬ但所制备的双极膜在频繁启停㊁长运行时间㊁高温等复杂条件下使用的稳定性还有待检验ꎮ２.２㊀ＢＭＥＤ膜堆构型为了提高双极膜电渗析技术的制酸效率ꎬ除了要提高膜性能外ꎬ还需优化膜堆构型ꎬ不同的膜堆构型在制酸时的能耗㊁效率㊁产率㊁产品纯度差别较大ꎮ目前３种典型的ＢＭＥＤ构型见图２ꎬ仅由双极膜和阴离子交换膜构成一个单元的两隔室构型称为阴离７９１应用化工第４９卷子交换膜￣双极膜构型(ＢＰ￣Ａ)ꎮ由双极膜和阳膜构成的构型称为阳离子交换膜￣双极膜构型(ＢＰ￣Ｃ)ꎮ由双极膜同时结合阴㊁阳离子交换膜构成的三隔室则称为双极膜￣阴￣阳离子交换构型(ＢＰ￣Ａ￣Ｃ)ꎮａ.ＢＰ￣Ａ两隔室构型ｂ.ＢＰ￣Ｃ两隔室构型ｃ.ＢＰ￣Ａ￣Ｃ三隔室构型图２㊀ＢＭＥＤ经典构型Ｆｉｇ.２㊀ＴｙｐｉｃａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆＢＭＥＤ㊀㊀ＢＰ￣Ａ￣Ｃ三隔室构型是化工生产及高盐废水处理和无机酸制备的常用结构ꎬ其最大的特点是能够将盐同时转化为相应酸和碱ꎬ多适用于处理在水中易解离的盐溶液和产生纯度较高的酸液和碱液ꎮ但三隔室结构由于膜层较多ꎬ相应电阻较大ꎬ当物料只需要酸化或碱化处理时ꎬ两隔室构型反而在降低能耗和成本方面更具优势ꎬ特别是在有机酸的生产中ꎬ由于许多发酵液中弱酸盐的弱解离特点ꎬ电导率低ꎬ电阻高ꎬ此时两隔室构型的高效率㊁低能耗优势更加明显ꎮ例如Ｘｕ等[１５]在研究不同隔室构型对不同价态有机酸处理时ꎬ从能耗㊁电流效率㊁产酸率等方面考虑ꎬ得出两隔室构型更适合于多数有机酸制备的结论ꎮ当然也有一些特殊的无机盐产酸过程更加适合两隔室构型ꎬＣａｏ等[１６]在用模拟氯化铵废水产酸碱的研究中ꎬ发现三隔室构型中碱室所产的高浓度一水合氨易挥发ꎬ不易解离ꎬ高电阻极大地影响了ＢＭＥＤ制酸性能ꎬ而利用ＢＰ￣Ａ型两隔室构型将氯化铵盐液和一水合氨混流ꎬ极大降低了ＢＭＥＤ过程的电阻和能耗ꎮ以上述三种基本构型为基础ꎬ还可根据需要将双极膜和均相膜以不同的形式组合组装成多步ＢＭＥＤ构型[１７]㊁ＢＰ￣Ｃ￣Ｃ构型[１８￣１９]㊁ＢＰ￣Ａ￣Ａ￣Ｃ构型[２０]等多种新构型ꎮ３㊀双极膜电渗析技术制酸研究３.１㊀ＢＭＥＤ制备有机酸３.１.１㊀ＢＭＥＤ制取可溶性有机酸㊀Ｓｚｃｚｙｇｉｅｌｄａ等[２１]采用模拟琥珀酸钠溶液确定最优的操作参数ꎬ然后以实际发酵液为原料ꎬ当系统运行到１８０ｍｉｎ时琥珀酸浓度达到２０.２ｇ/Ｌꎮ与以模拟溶液为进料液相比ꎬ琥珀酸离子的转移减少了３５％ꎬ推测是无机化合物和其他生物成分沉积造成的膜污染阻碍了离子的跨膜运输ꎮ为减轻类似因发酵液内有机物和无机化合物对膜表面造成的污染ꎬ可以在实际发酵液进入双极膜前对其进行预处理ꎮ例如冯涛等[２２]发明的一种ＢＭＥＤ制酸工艺将含葡萄糖酸钠的发酵液经过预过滤去除大颗粒悬浮物再经过微孔过滤器截留大分子量污染物ꎬ降低了ＢＭＥＤ膜堆受污染的程度和清洗频率ꎮ为放大ＢＭＥＤ制酸工艺的绿色节能优势以提高其竞争力ꎬ学者们通过将其他技术的引入降低ＢＭＥＤ产酸的能耗和碳足迹ꎮ采用ＢＭＥＤ技术制取柠檬酸的相关研究较早被提出ꎬ早期研究表明用ＢＭＥＤ制取柠檬酸是一种能耗低㊁污染少的新工艺[２３￣２４]ꎬ但目前还没有将ＢＭＥＤ用于柠檬酸回收的工业化应用报道ꎬ其主要原因是膜堆投资和维护成本较高[２５]ꎮ为进一步降低ＢＭＥＤ制备有机酸的能耗从而降低成本ꎬ生物电化学系统(ＢＥＳｓ)被引入ＢＭＥＤ制备有机酸的研究ꎮ将ＢＥＳｓ产生的外源电子与ＢＭＥＤ整合构成了微生物电解脱盐化学生产单元(ＭＥＤＣＣ)[２６]ꎮＭＥＤＣＣ工艺由于部分电源是由ＢＥＳｓ提供ꎬ所以能耗很低ꎮＬｉｕ等[２７]将ＭＥＤＣＣ用于生产苹果酸(图３)ꎮ在恒压１.０Ｖ条件下ꎬＭＥＤＣＣ能将０.３ｍｏｌ苹果酸钠转化为０.２３ｍｏｌ苹果酸ꎬ最大电流密度是ＢＭＥＤ工艺的５倍ꎮ由于５０％的能量由阳极的微生物提供ꎬ能耗仅为普通ＢＭＥＤ过程的１０％~３０％ꎮＬｕｏ等[２５]研究了用ＭＥＤ￣ＣＣ制备柠檬酸ꎬ在最佳操作模式下ꎬＭＥＤＣＣ的最低电耗为(０.８１ʃ０.０３)ｋＷｈ/ｋｇꎬ仅为其他电渗析过程８９１第１期闫凯旋等:双极膜电渗析技术在制酸领域的研究进展能耗的１０％~４０％ꎮＭａｒｔａ等[２８]通过反馈控制回路将太阳能产生的可变电流用于ＢＭＥＤ产酸ꎬ将单位产酸能耗从７.３ｋＷｈ/ｋｇ降低到４.４ｋＷｈ/ｋｇꎬ进一步减少了ＢＭＥＤ过程的碳足迹ꎮ图３㊀ＭＥＤＣＣ生产苹果酸结构原理图[２７]Ｆｉｇ.３㊀ＭＥＤＣＣｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍａｌｉｃａｃｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｃｈｅｍａｔｉｃ３.１.２㊀ＢＭＥＤ制取难溶性有机酸㊀基于双极膜的水解特性ꎬ将有机盐转化为有机酸不是十分困难ꎬ但一些酸ꎬ如葵二酸㊁水杨酸等难溶或者不溶于水的有机酸因其极低的溶解度会给膜堆带来巨大的叠加电压降甚至堵塞膜堆ꎬ限制盐的转换ꎮ虽然通过提高温度可以提高酸的溶解度ꎬ但由于离子交换膜的使用温度区间有限ꎬ高温会减少膜的使用寿命ꎬ甚至会损毁膜片ꎮＺｈａｎｇ等[２９]用乙醇和水的混合溶液为介质与ＢＭＥＤ组成两相双极膜电渗析(ＴＰＢＭＥＤ)以达到将葵二酸钠转化为葵二酸的目的ꎮ乙醇溶解葵二酸的同时ꎬ水相还能溶解更多无机电解质减小堆电阻ꎬ结果表明ꎬ由于ＢＰ￣Ｃ型ＴＰＭＢＥＤ对葵二酸的溶解度高且成本容易接受ꎬ是一种经济有效的制葵二酸方法ꎮＬｉｕ等[３０]也采用类似的ＴＰＢＭＥＤ系统制备水杨酸ꎬ所用膜堆有效膜面积７.０７ｃｍ２ꎬ取得了良好的效果ꎮ通过添加有机溶剂提高有机酸溶解度的方法虽然可以实现ＢＭＥＤ生产难溶有机酸ꎬ但是双极膜膜层与有机溶剂接触会发生溶胀现象ꎬ特别是大尺寸的膜片溶胀现象更为严重[２９]ꎮＲｏｔｔｉｅｒｓ等[１８]通过使膜反向偏振来分离阴离子交换和阳离子交换层ꎬ将阴㊁阳离子交换层分别放入由不同有机溶剂与０.５ｍｏｌ/Ｌ水杨酸钠和水的组成的混合液中ꎬ２４ｈ以后发现含不同有机溶剂的混合液会对阴㊁阳离子交换的厚度产生影响ꎬ这种溶剂混合物引起的溶胀行为会导致双极膜的形态发生变化ꎬ进而导致高电压降ꎬ甚至造成双极膜损坏无法使用ꎮ上述Ｌｉｕ等[３０]实验中双极膜与有机溶剂混合液直接接触ꎬ却没有明显溶胀现象的发生ꎬ这主要是因为其膜片有效面积仅为７.０７ｃｍ２ꎬ小膜堆的膜片拥有更大的边缘表面积比ꎬ膜更容易夹紧ꎬ拥有更好的抗形态变化能力ꎬ所以受溶剂混合物影响较小ꎬＢＭＥＤ性能未受明显影响[１８]ꎮ为了使大尺寸膜片也能生产难溶有机酸ꎬＲｏｔ￣ｔｉｅｒｓ等[１８]设计了一种ＢＰ￣Ｃ￣Ｃ构型ＢＭＥＤ(见图４)ꎬ膜片有效面积６４ｃｍ２ꎮ该设计用两张阳离子交换膜包裹含有机溶剂和盐的共混物料ꎬ从而避免双极膜和有机溶剂的直接接触ꎬ解决了双极膜由于受有机物浸泡而产生的溶胀问题ꎮ图４㊀ＢＰ￣Ｃ￣Ｃ构型示意图[１８]Ｆｉｇ.４㊀ＢＰ￣Ｃ￣Ｃｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍ３.２㊀ＢＭＥＤ制备无机酸由于ＢＭＥＤ制酸工艺投资成本高ꎬ与传统制酸工艺相比经济性优势不明显ꎬ特别是无机酸的制备规模较大ꎬＢＭＥＤ的成本劣势更加突出ꎮ许多无机酸制备研究以处理高浓度无机盐废水[１７ꎬ３１￣３２]或者回收重金属等为目的展开ꎮ不过ＢＭＥＤ技术与传统方法相比产酸品质较高ꎬ有利于提高酸产品的价值ꎬ因此出现了一批围绕清洁制备高品质无机酸的实验研究ꎮ乔婧等[３３]用ＢＭＥＤ技术以提溴吸收完成液(ＮａＢｒ)为原料制备ＨＢｒ和ＮａＯＨꎬ考察电流密度㊁盐浓度㊁盐室ｐＨ等操作条件对ＢＭＥＤ性能的影响ꎬ实验表明在电流强度２.５~３Ａꎬ盐初始浓度４０~５０ｇ/Ｌꎬ酸碱初始浓度０.１~０.２ｍｏｌ/Ｌ时电流效率较高ꎬ能耗较低ꎮ解决了传统精制溴产品工艺中操作程序繁琐㊁设备占地大㊁污水产量大等问题ꎮ次磷酸是一种重要的精细化工原料ꎬ特别是高纯品次磷酸在精密电子加工领域有重要应用ꎮ为克服离子交换工艺的固有缺陷ꎬ杭晓风等[３４]发明了一种用三隔室构型ＢＭＥＤ制备次磷酸的工艺ꎬ以次磷酸钠为原料精制次磷酸ꎮ该工艺简单㊁单位产酸能耗低㊁无二次污染㊁易进行工业化放大ꎮ中试制备的次磷酸浓度高达３５~１８０ｇ/Ｌꎬ副产物ＮａＯＨ浓度为１５~１００ｇ/Ｌꎬ可用于次磷酸生产过程中的ｐＨ调节ꎮ但由于双极膜的非理想选择透过性ꎬ碱室内的Ｎａ＋通过双极膜泄露进入酸室ꎬ这种同离子泄露现象降低了次磷酸的纯度和品质ꎮ为进一步提高次磷酸纯度降低Ｎａ＋污染ꎬ沈江南等[３５]将离子交换技９９１应用化工第４９卷术应用于ＢＭＥＤ精制次磷酸的后处理ꎬ将Ｎａ＋含量从２００ｍｇ/Ｌ成功降低至２０ｍｇ/Ｌꎮ通过ＢＭＥＤ技术与离子交换技术的耦合应用ꎬ实现了高纯品次磷酸的清洁化制备ꎮ４ 结束语近年来ꎬＢＭＥＤ技术在酸制备领域表现出巨大的应用潜力ꎮ但双极膜的性能和成本问题仍是限制其在制酸领域大规模应用的重要因素ꎮ虽然静电纺丝等新工艺制备的双极膜在低膜层电阻㊁强界面层稳定性㊁中间层高水解离效率㊁耐高电流密度等方面取得一定进步ꎮ但所制双极膜在复杂料液环境㊁长时间㊁高温等复杂运行条件下的稳定性还需要更深入的研究ꎮ另外ꎬ膜堆构型对ＢＭＥＤ制酸性能具有重要影响ꎬ要综合考虑制酸过程中的酸碱的溶解度㊁解离程度㊁挥发性等特性ꎬ选择和设计合适的膜堆构型ꎮ制备高性能双极膜和设计新构型膜堆有利于提高制酸效能并降低系统成本ꎬ但现阶段双极膜的制备和膜堆构型发展相对平缓ꎬ近期难以取得重大突破ꎮ从近几年ＢＭＥＤ在制酸领域的最新进展来看ꎬ将ＢＭＥＤ技术与生物电池㊁ＲＯ㊁离子交换㊁电渗析㊁太阳能等现有成熟技术耦合应用或许是降低ＢＭＥＤ成本ꎬ提高制酸性能的可行策略ꎮ未来ꎬ更多新型技术的集成化应用将有助于促进ＢＭＥＤ技术在制酸领域的工业化应用ꎬ并最终实现生产过程的 零排放 ꎮ参考文献:[１]㊀ＳｚｃｚｙｇｉｅłｄａＭꎬＰｒｏｃｈａｓｋａＫ.Ａｌｐｈａ￣ｋｅｔｏｇｌｕｔａｒｉｃａｃｉｄｐｒｏ￣ｄｕｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１７ꎬ５３６:３７￣４３. [２]ＧｕｏＡＨꎬＷａｎｇＦＳꎬＺｈａｎｇＢＧ.Ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｔｉｃｐｒｏｄｕｃ￣ｔｉｏｎｏｆｈｙｐｏｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓａｃｉｄｗｉｔｈｓｉｘ￣ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｅｌｅｃ￣ｔｒｏｌｙｔｉｃｃｅｌｌａｎｄＴｉ￣ＰｂＯ<ｓｕｂ>２</ｓｕｂ>ａｎｏｄｅ[Ｊ].Ａｄ￣ｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１０ꎬ９６:６７￣７０. [３]ＡｃｈｏｈＡꎬＺａｂｏｌｏｔｓｋｙＶꎬＭｅｌｎｉｋｏｖＳ.Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｗａｔｅｒ￣ｏｒｇａｎｉｃｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｓｏｄｉｕｍｎａｐｈｔｅｎａｔｅｓｉｎｔｏｎａｐｈｔｅｎｉｃａｃｉｄｓａｎｄａｌｋａｌｉｂｙｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｓ[Ｊ].ＳｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ２１２:９２９￣９４０.[４]ＤｕａｎＸꎬＷａｎｇＣꎬＷａｎｇＴꎬｅｔａｌ.Ｃｏｍｂ￣ｓｈａｐｅｄａｎｉｏｎｅｘ￣ｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｔｏｅｎｈａｎｃｅｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃａｃｉｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙｅｌｅｃｔｒｏ￣ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉ￣ｅｎｃｅꎬ２０１９ꎬ５７３:６４￣７２.[５]ＷａｎｇＱꎬＷｕＢꎬＪｉａｎｇＣꎬｅｔａｌ.Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｗａｔｅｒｄｉｓｓｏ￣ｃｉａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎａｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｗｉｔｈａｍｉｎｏ￣ｆｕｎｃ￣ｔｉｏｎａｌｉｚｅｄＭＩＬ￣１０１[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１７ꎬ５２４:３７０￣３７６.[６]刘颖ꎬ王建友.双极膜制备及改性研究进展[Ｊ].化工进展ꎬ２０１６ꎬ３５(１):１５７￣１６５.[７]夏敏ꎬ操容ꎬ叶春松ꎬ等.双极膜电渗析技术在工业高含盐废水中的应用[Ｊ].化工进展ꎬ２０１８ꎬ３７(７):２８２０￣２８２９.[８]ＭａｒｔｉｎｅｚＲＪꎬＦａｒｒｅｌｌＪ.Ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｅｎｈａｎｃｅ￣ｍｅｎｔｏｆｗａｔｅｒｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｒａｔｅｓｉｎｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｓ[Ｊ].Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１９ꎬ５８(２):７８２￣７８９.[９]朱雯.双极膜的制备及水解离性能研究[Ｄ].北京:北京化工大学ꎬ２０１４.[１０]ＳｉｍｏｎｓＲꎬＫｈａｎａｒｉａｎＧ.Ｗａｔｅｒｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｉｎｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｓ:Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｏｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍ￣ｂｒａｎｅＢｉｏｌｏｇｙꎬ１９７８ꎬ３８(１/２):１１￣３０.[１１]ＷａｋａｍａｔｓｕＹꎬＭａｔｓｕｍｏｔｏＨꎬＭｉｎａｇａｗａＭꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｉｏｎ￣ｅｘｃｈａｎｇｅｎａｎｏｆｉｂｅｒｆａｂｒｉｃｓｏｎｗａｔｅｒｓｐｌｉｔｔｉｎｇｉｎｂｉｐｏ￣ｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｌｌｏｉｄ＆ＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００６ꎬ３００(１):４４２￣４４５.[１２]陈晓ꎬ陈丽金ꎬ陈日耀ꎬ等.静电纺丝法制备聚丙烯酰胺/壳聚糖￣聚乙烯醇双极膜[Ｊ].高分子材料科学与工程ꎬ２０１５ꎬ３１(５):１５４￣１５８.[１３]ＳｈｅｎＣꎬＷｙｃｉｓｋＲꎬＰｉｎｔａｕｒｏＰＮ.Ｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｌｅｃ￣ｔｒｏｓｐｕｎｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｗｉｔｈａ３Ｄｊｕｎｃｔｉｏｎ[Ｊ].Ｅｎｅｒｇｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１７ꎬ１０(６):１４３５￣１４４２. [１４]朱希ꎬ沈春晖ꎬ金怀洋ꎬ等.静电纺丝技术在双极膜制备中的研究进展[Ｊ].工程塑料应用ꎬ２０１８(２):１３７￣１４２.[１５]ＷａｎｇＹꎬＮｉＺꎬＨｕａｎｇＣꎬｅｔａｌ.Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍｏｎｏｐｒｏｔｉｃꎬｄｉｐｒｏｔｉｃꎬａｎｄｔｒｉｐｒｏｔｉｃｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｓｂｙｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙ￣ｓｉｓｗｉｔｈｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｓ:Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｅｌｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１１ꎬ３８５(１/２):２２６￣２３３.[１６]ＬｉＹꎬＳｈｉＳꎬＣａｏＨꎬｅｔａｌ.Ｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙ￣ｓｉｓｆｏｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃａｃｉｄａｎｄａｍｍｏｎｉａｆｒｏｍｓｉｍｕｌａｔｅｄａｍｍｏｎｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒ[Ｊ].ＷａｔｅｒＲｅｓꎬ２０１６ꎬ８９:２０１￣２０９.[１７]ＮｏｇｕｃｈｉＭꎬＮａｋａｍｕｒａＹꎬＳｈｏｊｉＴꎬｅｔａｌ.Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｒｅ￣ｍｏｖａｌａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｂｏｒｏｎｆｒｏｍｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｙｍｕｌｔｉ￣ｓｔｅｐｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａ￣ｔｅｒＰｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１８ꎬ２３:２９９￣３０５.[１８]ＲｏｔｔｉｅｒｓＴꎬＢｒｕｇｇｅｎＶＤＢꎬＰｉｎｏｙＬ.Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓａｌｉｃｙｌ￣ｉｃａｃｉｄｉｎａｔｈｒｅｅｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏ￣ｄｉａｌｙｓｉｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎｄＥｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１７ꎬ５４:１９０￣１９９.[１９]ＨｕａｎｇＣꎬＸｕＴꎬＪａｃｏｂｓＭＬ.Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｆｌｕｅ￣ｇａｓｄｅｓｕｌ￣ｆｕｒｉｚｉｎｇａｇｅｎｔｓｂｙｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＡｉｃｈｅＪｏｕｒｎａｌꎬ２０１０ꎬ５２(１):３９３￣４０１.[２０]ＭｉａｏＭꎬＱｉｕＹꎬＹａｏＬꎬｅｔａｌ.ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＮꎬＮꎬＮ￣ｔｒｉｍｅ￣ｔｈｙｌ￣１￣ａｄａｍａｎｔｙｌａｍｍｏｎｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｗｉｔｈｈｉｇｈｐｕｒｉｔｙｖｉａｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＳｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｕｒ￣ｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ２０５:２４１￣２５０.[２１]ＳｚｃｚｙｇｉｅłＤａＭꎬＡｎｔｃｚａｋＪꎬＰｒｏｃｈａｓｋａＫ.Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄ００２第１期闫凯旋等:双极膜电渗析技术在制酸领域的研究进展ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｃｃｉｎｉｃａｃｉｄｆｒｏｍｐｏｓｔ￣ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｂｒｏｔｈｂｙｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ(ＥＤＢＭ)[Ｊ].Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ＆ＰｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１７ꎬ１８１(３０):５３￣５９.[２２]冯涛ꎬ邓传东ꎬ易家祥.一种葡萄糖酸的双极膜电渗析法生产工艺:ＣＮꎬ１０４３２８４５２Ａ[Ｐ].２０１５￣０２￣０４. [２３]ＰｉｎａｃｃｉＰꎬＲａｄａｅｌｌｉＭ.Ｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｃｉｔｒｉｃａｃｉｄｆｒｏｍｆｅｒ￣ｍｅｎｔａｔｉｏｎｂｒｏｔｈｓｂｙｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｂｉｐｏｌａｒｍｅｍ￣ｂｒａｎｅｓ[Ｊ].Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎꎬ２００２ꎬ１４８(１):１７７￣１７９. [２４]ＸｕＴꎬＹａｎｇＷ.Ｃｉｔｒｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｙｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｐｒｏ￣ｃｅｓｓｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓＩｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎꎬ２００２ꎬ４１(６):５１９￣５２４. [２５]ＬｕｏＨꎬＣｈｅｎｇＸꎬＬｉｕＧꎬｅｔａｌ.Ｃｉｔｒｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１７ꎬ５２３:１２２￣１２８. [２６]ＣｈｅｎＳꎬＬｉｕＧꎬＺｈａｎｇＲꎬｅｔａｌ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏ￣ｂｉａｌｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌ￣ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｅｌｌｆｏｒｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓａｃｉｄａｎｄａｌｋａｌｉｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＥｎｖｉｒｏｎＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１２ꎬ４６(４):２４６７￣２４７２. [２７]ＬｉｕＧꎬＬｕｏＨꎬＷａｎｇＨꎬｅｔａｌ.Ｍａｌｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１４ꎬ４７１:１７９￣１８４. [２８]Ｈｅｒｒｅｒｏ￣ＧｏｎｚａｌｅｚＭꎬＤｉａｚ￣ＧｕｒｉｄｉＰꎬＤｏｍｉｎｇｕｅｚ￣ＲａｍｏｓＡꎬｅｔａｌ.Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｏｌａｒｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｓ[Ｊ].Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎꎬ２０１８ꎬ４３３:１５５￣１６３. [２９]ＺｈａｎｇＦꎬＨｕａｎｇＣꎬＸｕＴ.Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｅｂａｃｉｃａｃｉｄｕｓｉｎｇｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ[Ｊ].Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００９ꎬ４８(１６):７４８２￣７４８８.[３０]ＬｉｕＸꎬＬｉＱꎬＪｉａｎｇＣꎬｅｔａｌ.Ｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙ￣ｓｉｓｉｎａｑｕａ￣ｅｔｈａｎｏｌｍｅｄｉｕｍ:Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓａｌｉｃｙｌｉｃａｃｉｄ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１５ꎬ４８２:７６￣８２. [３１]ＴａｎｇＹＰꎬＬｕｏＬꎬＴｈｏｎｇＺꎬｅｔａｌ.Ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｍｅｍｂｒａｎｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｂｏｒｏｎｒｅｍｏｖａｌ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１７ꎬ５４１:４３４￣４４６. [３２]ＢｕｎａｎｉＳꎬＡｒｄａＭꎬＫａｂａｙＮꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉ￣ｔｉｏｎｓｏｎｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｌｉｔｈｉｕｍａｎｄｂｏｒｏｎｆｒｏｍｗａｔｅｒｕｓｉｎｇｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ(ＢＭＥＤ)[Ｊ].Ｄｅｓａｌｉｎａ￣ｔｉｏｎꎬ２０１７ꎬ４１６:１０￣１５.[３３]乔婧ꎬ孙玉柱ꎬ宋兴福ꎬ等.双极膜电解提溴吸收完成液制备ＨＢｒ和ＮａＯＨ[Ｊ].华东理工大学学报:自然科学版ꎬ２０１９(１):１￣１０.[３４]杭晓风ꎬ万印华ꎬ陈向荣.一种双极膜电渗析法制备次磷酸的工艺:ＣＮꎬ１０５６８８６７６Ａ[Ｐ].２０１６￣０６￣２２. [３５]ＱｉｕＹꎬＹａｏＬꎬＬｉＪꎬｅｔａｌ.Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｂｉｐｏｌａｒｍｅｍｂｒａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｉｏｎ￣ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｆｏｒｈｉｇｈ￣ｑｕａｌ￣ｉｔｙＨ３ＰＯ２ｒｅｃｏｖｅｒｙｆｒｏｍＮａＨ２ＰＯ２[Ｊ].ＡＣＳＯｍｅｇａꎬ２０１９ꎬ４(２):３９８３￣３９８９.(上接第１９５页)[４３]李传宪ꎬ阎孔尧ꎬ杨爽ꎬ等.ＣＯ２溶胀和ＣＨ４协同作用下长庆原油流动性的改善[Ｊ].石油化工高等学校学报ꎬ２０１７ꎬ３０(５):８６￣９２.[４４]ＷａｎｇＸꎬＬｕｏＰꎬＥｒＶꎬｅｔａｌ.ＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆＣＯ２ｆｌｏｏｄｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒＢａｋｋｅｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬＳａｓｋａｔｃｈｅｗａｎ[Ｃ].Ａｌｂｅｒ￣ｔａꎬＣａｎａｄａ:ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｓꎬ２０１０. [４５]ＪｅｒａｕｌｄＧＲ.Ｔｉｍｉｎｇｏｆｍｉｓｃｉｂｌｅｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｇａｓｉｎｊｅｃｔｉｏｎａｆｔｅｒｗａｔｅｒｆｌｏｏｄｉｎｇ[Ｃ].ＴｕｌｓａꎬＯｋｌａｈｏｍａ:ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｅｔｒｏ￣ｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｓꎬ２０００.[４６]韩海水ꎬ李实ꎬ马德胜ꎬ等.全直径砾岩长岩心水驱后烟道气驱油与埋存实验[Ｊ].石油勘探与开发ꎬ２０１８ꎬ４５(５):８４７￣８５２.[４７]刘学伟ꎬ梅士盛ꎬ杨正明.ＣＯ２非混相驱微观实验研究[Ｊ].特种油气藏ꎬ２００６(３):９１￣９３ꎬ１１０.[４８]杨正明ꎬ姜汉桥ꎬ周荣学ꎬ等.用核磁共振技术测量低渗含水气藏中的束缚水饱和度[Ｊ].石油钻采工艺ꎬ２００８(３):５６￣５９.[４９]李佳琦ꎬ陈蓓蓓ꎬ孔明炜ꎬ等.页岩油储集层数字岩心重构及微尺度下渗流特征 以吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油为例[Ｊ].新疆石油地质ꎬ２０１９ꎬ４０(３):３１９￣３２７.１０２。
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1
++ + +++
阳极
Na+ 阳膜
+ 2
ClNa+
ClNa+
阴膜 浓缩室
直线电源 -
3 Na+ Cl-
阳膜
4 Cl-
Na+ Na+
Cl阴膜
淡化室 浓缩室
5-
Cl- -
阴极
图 1 电渗析工作原理示意图
主 要 过
பைடு நூலகம்
阴膜
渗析室
阳膜
程
Cl‐(H2O) (H2O)Na+
反离子迁移
次 要
(H2O)Na+
+
过 程
(H2O) Cl‐
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。在20世纪80年代后期，倒极电 渗析器的使用，大大提高了电渗析操作电流和水回收率,延 长了运行周期。EDR在废水处理方面尤其有独到之处，其浓 水循环、水回收率最高可达95 %。 （2）液膜电渗析(EDLM) 液膜电渗析是用具有相同功能的液态膜代替固态离子 交换膜[4]，其实验模型就是用半透玻璃纸将液膜溶液包制成 薄层状的隔板，然后装入电渗析器中运行。利用萃取剂作液 膜电渗析的液态膜，可能为浓缩和提取贵金属、重金属、稀 有金属等找到高效的分离方法，因为寻找对某种形式离子具 有特殊选择性的膜与提高电渗析的提取效率有关。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。 （3）填充床电渗析(EDI) 填充床电渗析( EDI)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，它的最大特点是利用水解离产生 的H+和OH-自动再生填充在电渗析器淡水室中的混床离子交 换树脂，从而实现了持续深度脱盐。它集中了电渗析和离子 交换法的优点，提高了极限电流密度和电流效率。1983年 Kedem.o.及其同事们提出了填充混合离子交换树脂电渗析 过程除去离子的思想[5]，1987年,Mlillpore公司推出了这一 产品[6]。填充床电渗析技术具有高度先进性和实用性，在电 子、医药、能源等领域具有广阔的应用前景，可望成为纯水
非 主 要 NaCl+H2O 过 程
H2O OH‐ H+
Cl‐(H2O)
同名离子迁移
Na+(H2O) 渗析
‐
渗透
渗漏 极化
图2 电渗析工作时发生的各种过程
郑淑英：双极膜电渗析的理论研究进展与应用
163
2 电渗析技术的发展 电渗析(eletrodialysis ,简称 ED)技术[2 ]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。但直到 1950 年 Juda[3 ]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。
摘 要：从理论和应用研究两方面较为全面地综述了双极膜电渗析技术在近些年的发展，阐述了双极 膜中水解离、水迁移、离子迁移以及双极膜电渗析过程等理论研究。介绍了它在饮用水及纯水的制备、 食品工业和化学工业及其他领域中的应用。双极膜电渗析技术在优化传统工艺过程和新的工业过程中 发挥独到的作用，它的出现改变了传统工艺分离和制备过程，为解决环境化工，生物，海洋化工等领 域中的技术难题注入新的生机和活力。同时为解决人类面临的环境，资源，能源的问题提供了有效手 段。 关键词：双极膜；电渗析；水解离；应用
电渗析是在直流电场作用下，溶液中的离子选择性地通 过离子交换膜的过程。主要用于溶液中电解质的分离。
电渗析过程除我们希望的反离子迁移外，还可能发生如 图 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
用电渗析法将苦咸水或海水淡化，脱盐成本与含盐量 有密切关系。有人认为电渗析法淡化成本与处理水的含盐量 的0.6 次幂成正比。电渗析脱盐的最佳浓度范围是几百至几 mg.L-1 ，苦咸水大多在此范围，而海水含盐量则是苦咸水的 10～20倍。含盐量为几百mg.L-1的原水制取纯水，一般采用 离子交换法。若盐水浓度太高，则适合用电渗析法做离子交 换的前处理。先脱除原水中的大部分盐分，减轻离子交换的 负担，延长其使用周期，在制取高纯水时把两者结合起来使 用，往往会产生很好的技术效果和经济效果。电渗析技术还 广泛应用于浓缩海水制盐。日本国内的制盐基本上都是用电 渗析法,此方法与传统盐田法制盐相比有许多优点，如占地 面积小，投资少，不受外界环境影响,易于实现自动化。我 国在西南地区采用电渗析法将盐泉卤水制盐，使NaCl 的含 量稳定提高到120 g.L-1 ，与原来采用的单纯熬盐法相比， 产量增加而成本降低。 3.2 化学工业的应用
目前，双极膜电渗析技术在优化传统工艺过程和新的工 业过程中发挥独到的作用，它的出现改变了传统工艺分离和 制备过程，为解决环境化工，生物，海洋化工等领域中的技 术难题带入新的生机和活力。同时为解决人类面临的环境， 资源，能源的问题提供了有效手段。近 15 年来，电渗析在 水的脱盐淡化，制盐等领域增长率保持在 15%左右，其中以 水的脱盐规模最大，其次是超纯水的制备。这些领域都已经 成熟，且市场容量接近饱和，所以发展新的应用领域非常必 要。目前国外已经把研究和开发的重点转移到水解离技术和 水压渗技术上，水解离技术成为目前市场增长率最快的生长 点，所以以双极膜为基础的水解离技术已成为电渗析技术目 前研究和应用的首要目标。 1 双极膜电渗析理论研究
电 渗 析 的 研 究 始 于 上 世 纪 初 的 德 国 。 1952 年 美 国 [1]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、化工及城市废 水处理等领域。
2011 年 第 10 期
化学工程与装备
2011 年 10 月
郑淑英Ch：em双ic极al膜E电ng渗in析ee的ri理ng论&研E究qu进ip展me与nt应用
161
双极膜电渗析的理论研究进展与应用
郑淑英
（宁德师范学院化学与环境科学系，福建 宁德 352100） 郑淑英：双极膜电渗析的理论研究进展与应用
双极膜理论近年得到了国内外学者的广泛关注, 原因 有以下几个方面: 生物技术的发展导致许多生物荷电膜的
出现, 这些膜所表现出来的特性,生物理论本身不能解释, 需要双极膜有关模型来解释；双极膜的工业化应用促进了它 的理论研究；阴离子交换膜在使用中因吸附杂质而表现出双 极膜的特性, 目前的双极膜模型大都根据 Nernst Planck 方程或非平衡热力学导出盐离子和 H+ 和 OH- 的传导方程。 1.1 电渗析的工作原理
利用电渗析法可以对无机酸、碱和盐进行提纯。例如, 将粗制的NaOH通入阳极室，Na + 进入阴极室，与阴极电解产 生的OH-结合，生成纯的NaOH。金属元素的分离也可以运用 电渗析法，如可以采用电渗析与配位化学结合的方法分离金 属离子，也可以利用离子迁移速度的不同来进行分离，但此 方面研究还处于试验阶段。现在电渗析法还开始研究用于高 分子聚合物(如右旋糖酐铁等)的络合液的脱盐浓缩处理，此 方法相对于传统的醇沉法更为经济节能，且操作安全简便。 在电渗析法中用双极性膜和阳膜还可以实现NaHSO3 向Na2SO3 转化[8]，转化成的Na2SO3可以重新用于烟道气中SO2 的吸收， 又变成NaHSO3。利用此技术不仅可以清除废气中的SO2同时为 回收利用提供了一种方法，是解决电厂、冶金厂等大量气体 排放引起环境污染的有效途径之一。
162
郑淑英：双极膜电渗析的理论研究进展与应用
生同名离子迁移。 （2）电解质的浓差扩散
也称为渗析，指电解质离子透过膜的现象。由于膜两侧 溶液浓度不同，受浓度差的推动作用，电解质由浓水室向淡 水室扩散，其扩散速度随两室浓度差的提高而增加。
（3）水的渗透
淡水室的水，由于渗透压的作用向浓缩室渗透，渗透量 随浓度差的提高而增加。
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 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。 1.2 电渗析迁移过程