膜分离技术 电渗析
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。
电渗析
膜支架
O
3. 液膜分离原理
C 液料 R C+R→P 液膜 液膜
R1
液料
液料 液膜
C+R1 → P1
(c) 膜中化学反应
(a)选择性渗透 (b)滴内化学反应 液料 液膜
(d)萃取和吸附
-32-
苯胺废水的分离处理： 取V油： V内水=1:1, （V油：煤油-磷酸三丁脂-Span80， V内水：稀盐酸液或稀硫酸液）； 高速搅拌一定时间，形成 O/W型乳液型液膜； 将O/W型乳液放入苯胺废水中，搅拌，分散，形成 W/O/W型 溶剂和表面活性剂的选择及用量、搅拌速 多重乳状液。
系列：将多台电渗析器串联起来成为一脱盐整体称为一 系列 -9-
一对正、负电极之间的膜堆称为一级 具有同一水流方向的并联膜堆称为一段
-10-
组装形式：
可按级段组装成各种方式
增加级数可降低电渗析的总电压，增加段数可以增加脱盐流 程长度，提高脱盐率 一般每段内的膜对数为150-200对，每台电渗析器的总膜对 数不超过400-500对 附属设备 整流器、水质检测、水量计量、升压升泵、预处理装置、 进出水管路、酸洗设施等
电位差
浓度差
悬浮物、颗粒 筛分 物、纤维和细 菌 水、溶剂、离子 胶体、大分子 筛分 和小分子 不溶解的有机 0.0004-10μm 物 筛分+溶 溶质、二价盐、 水和溶剂 解/扩散 糖和染料 水、溶剂 溶质、盐（SS、 溶剂的 扩散 0.0004-0.06μm 大分子、离子） 电离离子 离子交 非解离和大分 换 0.0004-0.1μm 子物质 低分子物质、离 溶质扩 溶剂，分子量 子 >1000 散 0.0004-0.15μm
留的无机盐。
而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同,对单价离子 的截留率低(10%-80%),对二价及多价离子的截留率明显
电渗析法 .pptx
极区：包括电极、极框和导水板。 电极：为连接电源所用 极框：放置电极和膜之间，膜帖到电极上去，起支撑作用。 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。
在阴极上：
H2O —→H++OH2H++2e —→H2↑ Na+ + OH- ＝ NaOH
在阴极室由于H+离子的减少，放出氢气，极水呈碱性反应，当极水中台 有Ca2+、Mg2+和HCO32-等离子时，会生成CaCO3和Mg(OH)2等沉淀物，在 阴极上形成结垢。在极室中应注意及时排除电极反应产物，以保证电渗 析过程的正常安全运行。考虑到阴膜容易损坏，并为防止Cl-离子透过
1.离子交换膜及其作用机理 离子交换膜是电渗析器的重要组成部分，按其选择透过性能，主要分为
阳模和阴模，按其模体结构，可分为异相膜、均相膜、半均相膜3种。 异相膜的优点是机械强度好、价格低，缺点是膜电阻大、耐热差、透水
性大。均相膜则相反。
（1）选择透过率：离子交换膜的选择透过性实际上并不是那么理想的， 因为总是有少量的同号离子（即与膜上的固定活性基电荷符号相同的
推动力 浓度差 电位差 压力差 压力差
分离对象 离子、小分子
离子 大分子、微粒 离子、小分子
渗透：膜使溶剂（水）透过的现象称为渗透。 渗析：膜使溶质透过的现象称为渗析。
1.离子交换膜及其作用机理 2.电渗析原理机过程 3.电渗析器的构造与组装 4.电流效率与极限电流密度 5.极化与沉淀 6.电渗析器工艺设计与计算 7.电渗析技术的发展
均相膜电渗析
均相膜电渗析
均相膜电渗析技术是一种新型的膜分离技术，能有效抵抗膜反渗、回流渗析和
污染渗析等膜渗析现象。
均相膜电渗析是通过在溶质和反渗溶液之间调节电场，实现溶物在各种浓度和性质的膜之间的选择性分离，从而达到净化收集，分离回收，电解析离的目的。
在均相膜渗析过程中，与常规的蒸发膜分离技术不同，膜选择机理更加精确，
不但可以有效抑制大分子渗透，同时能承受更大的离子活度，从而优化了浓度差，避免了蒸发剂带来的污染，明显降低了蒸发困难正渗析物的比例。
同时，结构上来说，蒸发膜和电渗膜也存在了很大的区别：电渗膜具有高导电性能，可以有效过滤比蒸发膜更小的离子，将不可溶质减少至极低水平。
此外，在均相膜渗析技术的应用过程中，可以根据用户的实际需求，考虑多种
因素，设计出选择性有效的分离、收集、析离等复杂的操作模式，实现更好的利用效果。
例如，通过结合电聚焦、水浴巴氏渗透和电渗析等技术，就可以提高收获率，将不可溶性物质解锁，实现更有效的利用，将电渗析过程转化为一种可控制的系统，值得研究。
因此，均相膜电渗析技术是一个新兴的技术，相比传统的蒸发膜分离技术，具
有更加优异的分离性能，在水处理、食品加工、制药等行业中，具有广泛的应用前景。
膜法—电渗析和纳滤膜分离
膜法—电渗析和纳滤膜分离膜法是一种常用的分离技术，其中电渗析和纳滤膜分离是两种常见的膜法分离方法。
本文将分别介绍电渗析和纳滤膜分离的原理、应用领域和优缺点。
一、电渗析电渗析是一种利用电场作用将溶质从混合液中分离的方法。
其基本原理是通过施加电场，使得带电溶质在膜上移动，从而实现溶质的分离。
电渗析广泛应用于水处理、废水处理和生物技术等领域。
在水处理中，电渗析可以用于去除重金属离子、无机盐和有机物质等。
在废水处理中，电渗析可以用于回收有价值的物质，同时实现废水的净化和资源化。
在生物技术中，电渗析可以用于分离和纯化生物大分子，如蛋白质、核酸等。
电渗析的优点是分离效果好，操作简单，无需添加化学药剂，对环境友好。
然而，电渗析存在能耗较高、膜污染和膜的稳定性等问题，需要进一步改进和优化。
二、纳滤膜分离纳滤膜分离是一种利用纳滤膜的孔径选择性分离溶质的方法。
其基本原理是通过施加压力，使得小分子溶质可以通过膜孔，而大分子溶质被截留在膜上，从而实现溶质的分离。
纳滤膜分离广泛应用于水处理、生物技术和食品工业等领域。
在水处理中，纳滤膜可以用于去除悬浮物、胶体和高分子有机物等。
在生物技术中，纳滤膜可以用于浓缩和纯化生物大分子，如蛋白质、细胞等。
在食品工业中，纳滤膜可以用于浓缩果汁、乳制品和酒精等。
纳滤膜分离的优点是操作简单，无需加热和添加化学药剂，对溶质具有较好的选择性。
然而，纳滤膜分离也存在能耗较高、膜污染和膜的寿命等问题，需要进一步改进和优化。
电渗析和纳滤膜分离是两种常见的膜法分离方法。
电渗析通过施加电场实现溶质的分离，广泛应用于水处理、废水处理和生物技术等领域。
纳滤膜分离通过施加压力实现溶质的分离，广泛应用于水处理、生物技术和食品工业等领域。
两种方法各有优点和局限性，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的方法。
未来，随着膜材料的不断发展和技术的不断创新，膜法分离将在更多领域得到应用，并发挥更大的作用。
水污染控制技术-膜分离
膜分离
二、电渗析
（一）电渗析原理
海水或咸水中的盐分，能够解离成阳离子和阴离子。因 此，在直流电场作用下，利用只接通过阳离子的阳离子 交换膜和另一种只能通过阴离子的阴离子交换膜，分别 选择性地除去水中的阳离子和阴离子，从而达到分离、 浓缩和谈比的目的。
（二）电渗析装置
（三）反渗透装置
膜分离
1．板框式反渗透装置
这种装置的优点是结构简单，体积比管式的小， 缺点是装卸复杂，单位体积膜表面积小。
2. 管式反渗透装置
这种装置的优点是水利条件好，适当调节水流状 态就能防止膜的污染和堵塞，能够处理含悬浮物的溶 液，安装、清洗、维修都比较方便。它的缺点是：膜 的有效面积小，装置体积大，而且两头需要较多的联 结装置。
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2. 制造食盐
日本采用电渗析法制造食盐，最近将过去的盐田法逐步改为电渗析法。这种方法首先要进行海水的前处理。先 将盐水过滤，调节pH值，制成适合于电渗析的海水。再将它浓缩成盐浓度为18-20％的浓缩液。海水的盐浓度为 3%，用电渗析法可浓缩至6—7倍。将这种浓缩液在真空蒸发罐中加热从而制成固体盐，用这种方法制成的盐相当 纯，据说用于食品加工中味道很好。由于太纯，还要适当加入微量的镁盐。
（五）应用实例
膜分离
1. 反渗透法与离子交换法组合处理电镀含镍废水
采用醋酸纤维素反渗透膜的管式反渗透器及丙烯酸型725强酸性阳离子交换树脂。这种树脂在pH值为4 左右时，对废水中的镍离子的交换可以达到全饱和，有较大的交换容量，适合于吸附电镀废水中的镍离子。 用反渗透法处理电镀废水时，铜、铬、锌等的分离率在95%以上。
污水的物理处理技术 ——膜分离
电渗析技术的进展和应用前景
电渗析技术的进展和应用前景一、电渗析技术的基本原理介绍A. 渗透压及其作用原理渗透压是液体渗透性的原因。
液体内部每个分子都随机地运动，所以液体分子自然扩散，这种扩散会使得高浓度液体的分子渗透到低浓度液体中去。
例如，半滴水跨越高浓度饮用盐到低浓度的水中，这就是渗透压的作用。
B. 电渗析的原理与机制电渗析技术是一种新兴的膜分离技术，利用高斯定律和能量最低原理，在电场作用下将具有反离子电荷的离子分离出来。
电渗析的本质是利用电场作用控制正、负离子的运动，使其在内部膜表面上流动，并利用滤膜作为分离器，通过电荷选择性，使离子在滤膜的不同侧依次集聚，从而实现分离成分。
C. 电渗析技术的关键应用技术电渗析技术包括电层析、电渗透、电场增强膜分离等技术。
其中，电渗析技术是以质量转移为主要手段，利用电位差和离子的电荷状态进行分离，技术广泛应用于水处理中的离子去除和水质提升，化学品的提纯和制备、食品和制药产业等领域。
二、电渗析技术的应用领域A. 换盐和纯化酸/碱的应用电渗析技术已广泛应用于化学制品行业中，包括细化化学品和制药业中的有机溶剂的去除和水/有机相分离，和化工页面和废水中的盐和有机离子的去除等。
其主要应用领域是纯化酸、碱和电泳残留物的分离、悬浮液和复配液的制备、水溶液中有色物质的去除等多个领域。
B. 废水处理的应用废水电渗析技术的应用领域主要是在水处理领域，包括地下水处理、海水淡化、废水回用、废水分离处理、固体废物渗滤液处理等。
电渗析技术作为一种能够很好地分离草酸盐、钠盐、铬酸盐、钙盐、镁盐等物质的分离技术，其在废水处理中得到了广泛的应用，同时更加注重废水处理的健康与环保。
C. 食品和药品的提纯与分离在食品和制药领域，电渗析技术广泛应用于蛋白质的富集与纯化、高压处理和抗菌剂的提纯、病毒滤过和感染剂的去除、酵母提取、血浆血清的提取和罐铁酸盐的制备等多个领域。
三、电渗析技术的发展现状与趋势A. 现有技术的发展状况电渗析技术的研究已经有近半个世纪的历史，目前已形成多种不同的技术体系。
几种膜分离技术的原理和特点
几种膜分离技术的原理和特点
几种膜分离技术的原理和特点如下：
1. 反渗透技术：
原理：利用半透膜，在一定压力下，使溶液中的溶剂和溶质进行分离。
特点：操作压力高，可去除水中的离子、有机物、重金属、细菌等杂质，具有较高的脱盐率，常用于海水淡化、超纯水制备等领域。
2. 超滤技术：
原理：利用半透膜，在压力的作用下，使溶液中的溶质和溶剂分离。
特点：操作压力较低，适用于分子量较大的溶质和颗粒物的分离，常用于过滤大分子杂质、细菌、病毒等，广泛应用于医药、食品、环保等领域。
3. 纳滤技术：
原理：利用半透膜，在压力的作用下，使溶液中的小分子溶质和溶剂通过膜，而大分子溶质被截留。
特点：适用于分离分子量在一定范围内的溶质和溶剂，常用于分离低分子量有机物、无机盐等，在医药、化工、食品等领域有广泛应用。
4. 电渗析技术：
原理：利用电场的作用，使溶液中的离子通过电场作用定向迁移，从而实现溶质和溶剂的分离。
特点：适用于分离带电的离子，常用于海水淡化、酸碱回收等领域。
5. 渗透汽化技术：
原理：利用半透膜，使液体中的组分在一定条件下转化为蒸汽，
从而实现组分的分离。
特点：适用于有机物和无机物的分离，常用于脱水和脱盐等过程，在化工、环保等领域有广泛应用。
这些膜分离技术具有不同的原理和特点，可根据实际需求选择合适的分离技术。
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。
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。
中文名：电渗析外文名：electroosmosis利用材质：半透膜的选择透过性对象：溶质粒子广泛用于：化工、轻工、冶金等特点：价格便宜等目录1 简介2 原理3 实际应用4 应用范围5 基本性能6 方法特点简介电渗析装置 (3张)电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合；在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性(即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜)，阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。
离子迁移过程中，若膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过；如果它们的电荷相同，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的[1] 。
电渗析与近年引进的另一种膜分离技术反渗透相比，它的价格便宜，但脱盐率低。
当前国产离子交换膜质量亦很稳定，运行管理也很方便。
电渗析原理电渗析使用的半渗透膜其实是一种离子交换膜。
这种离子交换膜按离子的电荷性质可分为阳离子交换膜(阳膜)和阴离子交换膜(阴膜)两种。
在电解质水溶液中，阳膜允许阳离子透过而排斥阻挡阴离子，阴膜允许阴离子透过而排斥阻挡阳离子，这就是离子交换膜的选择透过性。
在电渗析过程中，离子交换膜不像离子交换树脂那样与水溶液中的某种离子发生交换，而只是对不同电性的离子起到选择性透过作用，即离子交换膜不需再生。
电渗析工艺的电极和膜组成的隔室称为极室，其中发生的电化学反应与普通的电极反应相同。
阳极室内发生氧化反应，阳极水呈酸性，阳极本身容易被腐蚀。
纯化水电渗析法
纯化水电渗析法
纯化水电渗析法是在直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性，带电离子透过离子交换膜定向迁移，从水溶液和其他不带电组分中分离出来，从而实现对溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的目的。
电渗析技术属于膜分离技术，广泛应用于食品、化工、废水处理等行业的分离纯化的生产过程中，具有效率高、经济节能等优点。
电渗析技术的研究始于20世纪初的德国，直到20世纪50年代离子交换膜的制造进入工业化生产后，电渗析技术才进入实用阶段。
电渗析技术在化工脱盐、海水淡化、食品医药和废水处理等领域都有广泛的应用，在某些地区已成为饮用水的主要生产方法。
它具有能量消耗少、经济效益显著、装置设计与系统应用灵活、操作维修方便、不污染环境、装置使用寿命长、原水的回收率高等优点。
随着电渗析技术的不断发展和创新，它在各个领域的应用也越来越广泛和深入。
电渗析技术简介
知识讲座第二讲电渗析技术简介电渗析是五十年代发展起来的膜法分离技术之一，它的应用范围巳从初期的海水和 苦咸水淡化扩大到电子、医药、化工、工业 综合利用等乃至环境保护领域中。
目前，我国巳有二十多个省市共1000多台电渗析设备投入运转。
为进一步普及电渗析技术，仍有必要对电渗折技术作概念性介绍。
一、电渗析的原理电渗析是利用具有选择透过性的离子交换膜在外加直流电场的作用下，使水中的离子作定向迁移，并有选择地通过带有不同电荷的离子交换膜，从而达到溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。
其原理如图所示。
图为一个4隔室型的电渗折原理示意 图，A 为阴离子交换膜（简称阴膜），C 为 阳离子交换膜（简称阳膜），阴膜与阳膜交替 排列，两端设置电极。
阴膜与阳膜之间的空间称为隔室。
包含电极的隔室称极室，通入极室的水流称为极水。
将含有NaCl 的溶液分别通入隔室1、3和 2、4中，并将极水分别通入阳极室a 和阴极室b 。
当接通电源后，水中的离子即开始作定向迁移，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。
由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻挡阴离子；阴离子交换膜只允许阴离子通过，阻挡阳离子。
因此，隔室1、3中的钠离子分别透过阳膜进入隔室2、4；氯离子透过阴膜进入隔室2、4。
而隔室2、4中的钠离子和氯离子则均被不同电性的离子交换膜所阻挡而不能迁出，于是形成1、3隔室中的离子数量减少，2、4隔室中的离子数量增加的交替排列的脱盐室和浓缩室。
在应用中，以紧面装置将众多的隔室压紧，使所有的淡水隔室和浓水隔室各自联通，即可进行工作。
二、电滲析器的构造电渗析器包括由离子交换膜、隔板、隔网组成的膜堆部分和电极、极框组成的电极部分。
各部分以紧固框架压紧，成为一个整体。
离子交换膜：电渗析设备中的离子交换膜在整个设备中是最关重要的部件，膜性能的优劣对设备的脱盐能力起着决定性的作用。
离子交换膜通常以聚乙烯等高分子材料为基膜，基膜的高分子链上，接有可以电离出阳离子或阴离子的活性基团，活性基团由固定基团和解离离子组成。
电渗析
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Electrodialysis
35
Electrodialysis
36
4
第六节 ED的脱盐过程
利用ED技术各种脱盐流程 C——浓缩室；D——脱盐室
37
5
1
电渗析与反渗透 电渗析与反渗透
不同点： 反渗透过程，水是在低压下透过膜，必要能 耗是水分子透过膜在通道中摩擦引起的，表 明与原水浓度无关； 电渗析过程，是离子透过膜，从淡水侧迁移 到浓水侧，必要能耗是离子透过膜通道中摩 擦引起的，与原水浓度成正比。
•非选择性膜三室电渗析器
阳离子交换膜：含有酸性活性基团，可解离出阳离子 对阳离子具有选择透过性，简称为阳膜 阴离子交换膜：含有碱性活性基团，可解离出阴离子 对阴离子具有选择透过性，简称为阴膜
ED技术的特点（续）
不足之处：只能除去水的盐分，而不能除去其中的 有机物，某些高价离子和有机物还会污染膜；易发 生浓差极化而产生结垢（用 EDR 可以避免）；与 RO相比，脱盐率较低，装置比较庞大且组装要求 高，因此它的发展不如RO快。
Electrodialysis
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Electrodialysis
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Electrodialysis
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二、离子交换膜的选择透过性
可由以下几个方面加以说明： 1. 孔隙作用——只有当被选择的离子的水合半径小于 孔隙半径时，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 送到另一端。
电渗析蓝极膜
电渗析蓝极膜
电渗析蓝极膜是一种高效的分离膜技术，其工作原理基于电渗析原理，利用半透膜对水中的离子进行分离。
电渗析是一种电化学分离技术，其原理是利用半透膜将电解质溶液中的离子分离出来，通过电场的作用下，离子会向带有正电荷的一侧移动，从而实现对水中离子的分离。
电渗析蓝极膜的结构由一层带有负电荷的聚合物薄膜和一层带有正电荷的金属薄膜组成。
这种结构的膜具有良好的选择性和分离效率，能够有效地去除水中的离子、有机物质和微生物等杂质，从而实现对水的净化和处理。
电渗析蓝极膜的优点包括高效、节能、环保等。
相比传统的水处理技术，电渗析蓝极膜具有更高的分离效率和更低的能耗，能够有效地减少对环境的污染。
此外，电渗析蓝极膜还可以应用于多种领域，如海水淡化、废水处理、饮用水净化等，具有广泛的应用前景。
总之，电渗析蓝极膜是一种高效、节能、环保的分离膜技术，具有广泛的应用前景，可以为水处理和分离领域带来革命性的改变。
电渗析 除盐
电渗析是一种基于膜分离技术的物理化学过程，用于水处理和溶液分离。
在电渗析过程中，通过施加外部电场，使溶液中的离子在电场作用下迁移，从而实现盐分与水的分离。
电渗析除盐的原理是利用离子交换膜的选择透过性。
离子交换膜是一种具有选择性的半透膜，允许某些离子通过，而阻止其他离子通过。
在电渗析过程中，将溶液分为两个部分：淡水侧和浓水侧。
淡水侧含有低浓度的盐分，而浓水侧含有高浓度的盐分。
通过施加外部电场，离子在电场作用下迁移。
阳离子向负极迁移，而阴离子向正极迁移。
在电渗析过程中，离子交换膜的选择透过性使得阳离子和阴离子分别通过淡水侧和浓水侧的膜。
这样，淡水侧的溶液逐渐变淡，而浓水侧的溶液逐渐变浓。
通过连续不断地将淡水和浓水交替通过电渗析设备，可以逐步降低溶液中的盐分浓度，从而实现除盐的目的。
电渗析除盐具有许多优点。
首先，它是一种物理化学过程，不需要使用化学试剂，因此不会引入新的污染物质。
其次，电渗析设备紧凑、操作简单，且易于自动化控制。
此外，电渗析除盐的效率高，可以处理各种浓度的盐水溶液。
然而，电渗析除盐也存在一些挑战和限制。
首先，离子交换膜的价格较高，增加了设备的成本。
其次，电渗析过程中需要消耗电能，增加了运行成本。
此外，对于某些高浓度、高盐度的废水，电渗析的除盐效果可能会受到限制。
总的来说，电渗析是一种有效的除盐技术，适用于各种浓度的盐水溶液处理。
然而，在实际应用中需要考虑设备的成本、运行成本以及处理效果等因素。
均相膜电渗析
均相膜电渗析概述均相膜电渗析（homogeneous membrane electrodialysis，HMD）是一种利用离子交换膜分离溶液中带电离子的技术。
与传统的电渗析技术相比，HMD可以在不受限制的条件下实现对流混合。
HMD是利用具有单电离性、高电解质度、高分离性的均相交换膜，通过电场和梯度差促进离子的转移，实现溶液的分离。
HMD的优点在于可以消除传统电渗析技术中存在的对流混合问题。
原理HMD原理是基于离子的阴、阳离子对于电场的反应性不同，通过荷电分离实现去除或分离特定离子。
HMD分为阳离子选择性膜和阴离子选择性膜，阳离子选择性膜上有特定的阴离子固定辅料；阴离子选择性膜上有特定的阳离子固定辅料，根据溶液组成分别选用不同的离子交换膜，从而达到分离的目的。
HMD分为少量连续和大量冲击两种操作模式，少量连续模式下连续流量小，用较小的存储罐即可实现周期性连续生产；大量冲击模式则需要将产出流量增加，较适合于大规模生产。
HMD废水处理技术中主要应用大量冲击模式，可以有效提高处理效率。
应用（1）废水处理HMD许多应用领域的例子中，废水处理是其中一个应用领域，HMD可以移除废水中的碳酸盐、亚硝酸盐或亚硝酸氮、氨、磷等离子组分，将水循环利用，同时减小了对于环境的污染。
（2）电子行业在电子行业中，HMD技术在半导体制造过程中可以移去水中的离子，保证产品的稳定性和价值。
（3）化工和医药行业在化工和医药行业中，HMD技术用于提纯、制备和分离成分，从而改善产品纯度和质量。
总结均相膜电渗析是目前流行的离子选择性膜技术之一，拥有高效去离子和集中化水处理的优点。
基于氧化物和磷硅酸盐材料的膜具有较好的选择性，可在化学和电子行业中使用。
HMD技术潜力巨大，在未来水处理和化学和电子行业发展中将逐渐得到广泛的应用。
膜分离技术
2024/7/5
膜分离技术
3
１、膜分离技术发展概述
1784年 阿贝.诺伦特首次揭示膜分离现象 1960年洛布和索里拉金 醋酸纤纸素膜 1964年 美国通用原子公司 螺旋式反渗透组件 1965年 美国加利福尼亚大学 管式反渗透装置 1967年 美国杜邦公司首次研制了以尼龙为材料 的中空纤维组件, 1970年又研制了以芳香聚酰 胺为膜材料的中空纤维组件 1968年 美籍华人黎念之研究出乳化液膜 70年代 Cussler研制了含流动载体的液膜
第1章 膜分离技术
(Membrane Separation Processes)
本章主要内容:
膜分离技术概述
扩散渗析（diffusion dialysis）
反渗透（ reverse osmosis)
电渗析(electro-dialysis)
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膜分离技术
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1.1 膜分离概述
1、膜分离发展概述 2、膜分离的概念 3、膜分离法的分类 4、膜分离技术的特点 5.膜分离法的应用
99％
多孔层, 孔径 （1000－4000） ×10－10m
这种膜有不对称结构: 表面结构致密, 孔隙很小, 通称为表皮 层或致密层、活化层； 下层结构较疏松, 孔隙较大, 通称为多 孔层或支撑层。
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膜分离技术
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膜的照片
在相对湿度为100％时, 膜的含水量高达60％, 其中表皮层只含10％－20％, 且主要是以氢 键形式结合结合水。
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膜分离技术
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2. 扩散渗析法原理
渗析液A+ B－
H2O
H2O A+
B－ B－ B－
（1）
电渗析使用的膜材料
电渗析使用的膜材料
电渗析是一种有效分离和回收有机和无机物质的技术，是一种新型膜分离技术，它利用各种物理和化学属性，运用电活性膜材料来分离混合物中的离子及微粒。
膜材料的选择一般依据渗透压、渗透量、阻隔性能及阻塞性等特性，最终来分离、吸附、回收有机及无机物质。
电渗析膜材料的使用，有多种不同的材料，比如聚合物膜、金属膜和碳纳米管。
聚合物膜是由聚合物构成的膜材料，有非常优良的渗透性能，能够实现有效的截留和分离混合物。
金属膜是由金属颗粒构成的膜材料，具有良好的稳定性，可实现有效的截留和分离混合物。
碳纳米管是由碳原料制成的膜材料，具有良好的抗氧化和腐蚀性能，可实现有效的截留和分离混合物。
电渗析膜材料的使用，可以有效分离和回收有机和无机物质，主要用于医药、食品、农业、环保等领域。
在医药领域，电渗析膜材料可以用于抗生素精炼和疾病监测；在食品领域，它可以用于提取食品中有效成分和抗氧化剂；在农业领域，它可以用于净水处理；在环保领域，它可以用于水质净化和废水处理。
电渗析膜材料的使用具有很大的潜力，可以有效地改善有机物和无机物的分离效率，减少污染，提高生态环境质量。
然而，一方面它的成本较高，另一方面，目前大多数技术尚未达到应用标准，需要进一步改进材料组成、催化剂以及分离机理，以提高其性能和可靠性。
总之，电渗析膜材料的使用是一种有效的分离和回收有机物和无机物的新型技术，它具有广泛的应用前景，但仍需要进一步完善材料
组成、催化剂以及分离机理，使其成为一种更有效、可靠的分离技术。
电渗析膜材料的使用为我们提供了一种有效的分离和回收有机
物和无机物的方法，它的应用前景十分广阔，为改善生态环境质量、促进生产力和科技进步做出了卓越的贡献。
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第七章 电渗析
电渗析（electrodialysis，ED）
• 渗透：由于化学位差的作用，纯溶剂（水）透过膜向溶液 侧移动，使溶液变淡，或者低浓溶液中的溶剂透过膜进入浓 度高的溶液，而溶质不透过膜。
•渗析：用膜把一容器隔成两部分，膜的一侧是溶液，另一 侧是纯水，小分子溶质（或离子）透过膜向纯水侧移动，同 时，纯水也可能透过膜向溶液侧移动的过程；或者溶质从浓 度高的一侧透过膜扩散到浓度低的一侧的过程。
负电极组成，设备结构简单，操作方便； 3. 离子交换膜不需要像离子交换树脂那样失效后
用大量酸碱再生，可连续使用。
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”。
食品工业中的应用
A、牛乳、乳清的脱盐：为使牛奶主要成分接近于人奶以用 作婴儿食品，必须减少牛奶中无机盐的含量，可采用电渗 析法，即经济又可以进行大规模生产。
B、果汁的去酸：从柑桶和葡萄等水果制成果汁，常常由于 存在过量的柠檬酸而显得太酸，采用电渗析法可将其除去， 即保持了天然果汁的滋味，也可提高果汁的质量。
电渗析过程的影响因素
2. 电极电位： 电极电位是电极与电解质溶液之间的电位差。电极反应达 到平衡时的电位称为平衡电极电位。为使电极反应向一 个方向进行，电极电位必须偏离平衡电位，两者之差称 为过电位。降低电极的过电位可以降低电渗析的能耗。
3. 极化现象： 在直流电场的作用下，水中阴、阳离子分别在膜间进行定 向迁移，各自传递着一定数量的电荷，形成电渗析的操 作电流。当操作电流增大到一定程度时，膜内离子迁移 被强化，就会在膜附近界面内造成离子的“真空”情况，迫 使水离解成H+和OH-，补充承担传递电流的任务。这就是 极化现象。
2. 同性离子迁移：与膜上固定基团带相同电荷的离子穿过 膜的现象，称为同性离子迁移。由于离子交换膜的选择 透过性不可能达到100%，因此，也存在着少量与膜上固 定基团带相同电荷的离子穿过膜的现象。这种迁移与反 离子迁移相比，数量虽少，但降低了除盐效率。
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。
电渗析过程的影响因素
1. 电极反应：
电极反应是指存在于溶液中的离子在电极表面上得到或失
掉电子而产生的氧化、还原反应。以食盐水溶液的电渗析过
程为例。
阳极
1.
H2O←→H++OH2OH--2e-→H2O+O2↑ 2Cl--2e-→Cl2↑
Cl-+H+=HCl
阴极
H2O←→H++OH2H++2e-←→H2↑
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。
• 双电层理论 • Gibbs-Donnan平衡理论
电渗析的原理
在正负电极之间交替地平行放置阳膜 和阴膜，依次形成浓水室和淡水室， 当两膜所形成的隔室中充入含离子的 水溶液（如NaCl溶液）并接上直流电 源后，溶液中带正电荷的阳离子(如 Na+)向阴极方向迁移,溶液中带负电荷 的阴离子(如Cl-)向阳极迁移。由于离 子交换膜具有离子选择透过性，使淡 水室中的阴、阳离子通过相应的膜进 入浓水室；而浓水室中的阴、阳离子 不能迁移出去。结果使淡水室中的离 子减少，起到脱盐的作用；浓水室中 的离子增加，起到盐分浓缩的作用。 将浓缩的盐水和淡水分别引出即达到 了溶液分离的目的。
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。
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 6. 析器的除盐或浓缩效率降低，电耗增加。因此，必须选
择 7. 合适的离子交换膜和适宜的操作条件，以便抑制或改善
电渗析器的组装及脱盐流程
• 膜对：由阴阳离子交换膜、淡水室、浓水室组成的基 本单元。 • 膜堆：一系列膜对组装在一起。 • 级：一对电级之间的膜堆数称为级，电极对数就是电 渗析器的级数。 • 段：电渗析器中浓、淡水隔板水流方向一致的膜堆称 为一段，水流方向每改变一次，段数就增加一段。 • 台：将膜堆、电极等部件组装成一个电渗析器称为台。 • 为了提高脱盐率，一般常采用串联形式，即将段与段 串联、级与级串联、台与 台串联。将多台电渗析器串 联起来，成为一次脱盐流程的整体，叫做系列。
Flux/.m-2.h-1
Time/min
纯净水的生产
纯净水的水质高于生活饮用水，必须将生活饮用 水经过处理，除盐、灭菌、消毒后才能制得合格 的饮用纯净水。采用电渗析操作的目的是促进水 的软化和除盐，其工艺流程见下图。
处理工业废水
利用电渗析技术浓缩和脱盐的原理，能够有效地 浓缩工业废水中的金属盐(包括放射性物质)、无机 酸、碱及有机电解质等，使污水变清洁，同时又 可以回收有用物质。所以这一方法在废水处理中 的应用已日益受到人们的重视。如从冶金、机械、 化工等工厂中排出的大量酸性废水中回收酸和金 属；从碱法造纸废液中回收烧碱和木质素；从合 成纤维工业废水中回收硫酸盐；从电镀废液中回 收铬、铜、镍、锌、镉等有害的金属离子。
咸水脱盐制淡水
苦咸水脱盐制淡水是电渗析最早且至今仍是最重要的应用领域。 这里用美国韦伯斯特市的电渗析脱盐生产淡水的工厂为例作简 单介绍。该厂建于1961年，日产淡水1000吨以上， 供应该市 2500余市民的用水。从井里取出的地下咸水，首先送人原水贮 槽，加入高锰酸钾溶液，被氧化的铁和锰盐经过锰沸石过滤器 滤除。滤液分两部分：一部分作为脱盐液从第一电渗析器按顺 序通过四个电渗析器，脱盐达到饮用水标准。得到的淡水再经 脱二氧化碳，使pH值在7~8之间，通入氯气消毒，最后送入淡 水贮槽。这样的淡水就可以直接送到用水的地方；另一部分滤 液作为浓缩液，送人浓缩液贮槽，用泵将浓缩液并列地送入四 个电渗析器。除第一个电渗析器出来的浓缩液废弃外，其余浓 缩液再流回浓缩液贮槽，在浓缩液贮槽和电极液贮槽中加入硫 酸，以防止浓缩室及电极室中水垢的析出。
电渗析中的传递过程
1. 反离子迁移过程：阳膜上的固定基团带负电荷，阴膜上 的基团带正电荷。与固定基团所带电荷相反的离子被吸 引并透过膜的现象称为反离子迁移。例如：淡水室中的 阳离子（如 Na+）穿过阳膜，阴离子（如Cl-）穿过阴膜 进入浓水室就是反离子迁移过程，电渗析器即借此过程 进行海水的除盐。（主要传递过程）
咸水脱盐制淡水（美国韦伯斯特市）
海水浓缩制造食盐
电渗析法制盐与以往的 盐田法制盐不同，它是 利用电力使海水中的氯 化纳浓缩，与盐田法比 较具有以下优点：①不 受自然条件的影响，一 年四季均可生产；②占 地面积小；③节省劳动 力；④基建投资少；⑤ 卤水的纯度和浓度均高； ⑥易于实现自动化，维 修简便。
•电渗析：在电位差推动力的作用下，溶液中的带电离子选 择性地透过离子交换（选择透过）膜（荷电膜）的过程，是 从水溶液中分离离子的一种分离技术。
电渗析优点
电渗析技术是20世纪50年代发展起来的一种膜分离 技术。它具有以下优点: 1. 能量消耗少，不发生相变，只用电能来迁移水
中已解离的离子； 2. 电渗析器主要由渗析器、离子交换膜和直流正
电渗析过程的影响因素
4. 离子交换膜的选择透过性： 选择透过性是衡量膜性能的主要指标，因为它直接影响电 渗析器的电流效率和脱盐效果。一般要求实用的离子交 换膜的选择透过性大于85%，反离子迁移数大于90%，并 希望在高浓度的电解液中膜仍具有良好的选择透过性。
电渗析技术的应用
电渗析技术的最早应用是在20世纪的50年代用 于苦咸水淡化，60年代应用于浓缩海水制盐， 70年代以来，电渗析技术已发展成为大规模的 化工单元操作。它广泛应用于苦咸水脱盐，在 某些地区已成为饮用水的主要生产方法。随着 性能更为优良的新型离子交换膜的出现，电渗 析在食品、医药和化工领域都有广阔的应用前 景。
电渗析过程的影响因素
3. 极化现象： 产生的危害：1）电解出来的H+和OH-受电场作用分别穿 过阳膜和阴膜，使阳膜的浓缩室侧pH值升高，而产生 CaCO3、Mg(OH)2等沉淀物，这些沉淀物附着在膜表面或 渗入到膜内，容易堵塞通道，使膜电阻增大，降低了有 效膜面积。2）极化时部分电流消耗在与脱盐无关的OH迁移上，使电流效率下降，二者都将导致电耗上升。3） 水的pH值变化及沉淀的产生，使膜容易老化，缩短膜的 使用寿命。 极化临界点所施加的电流称为极限电流，其数值大小是 电渗析器性能的重要标识。防止极化现象的有效方法是 控制电渗析器在极限电流的70-90%内操作。
Na++OH-=NaOH