分离技术概论电渗析精讲

电渗析种类
• 液膜电渗析：利用液膜来代替电渗析装置中的固态粒子 交换膜，对于浓缩和提纯贵重金属具有高效性；
• 高温电渗析：进料为高温溶液，降低了溶液粘度，提高 扩散速率，增大溶液和膜的电导，从而提高了允许密度， 提高设备的生产能力降低动力消耗；
• 双极膜电渗析：双极膜是由阳离子交换膜和阴离子交换 膜以及中间界面亲水层组成，当在阳极和阴极之间施加 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和氢氧根离子传递。
4. 1940年，Wassenegger和Jaeger用酚-甲醛 缩聚树脂研制了离子交换膜；
5. 1950-1953年，Ionics公司、Rohm和Haas公 司分别制备出商业化离子交换膜。
电渗析技术的特点
• 无化学添加剂、环境污染小； • 对原水含盐量变化适应性强； • 操作简单，易于实现机械化和自动化； • 设备紧凑耐用，预处理简单； • 水利用率高。
经验系数
A
b
2
鱼鳞网 0.2560
1.9
2
无网
0.1579
1.2
1.5
细网
0.6934
1.3
不同水型的水力常数、m 、n值
水型 氯化钠水型
常数值
ki
kI
m
0.5446 0.00593 1.0
n 0.660
碳酸氢盐水型 0.2893 0.00470 0.958 0.658
电流效率
电流效率表示电渗析过程中电流利用程度
电流密度与极限电流密度
I ZF (SD t(mCibitlbC)im)i
IlimZ(tFmiD SCtlbbii)
WILLSON EQUATION IlimavbC
实际操作电流密度
ID C
Ilim C
fc
ft
fs
极限电流密度的测定
极限电流的检测
电流－电压法
某些类型隔板的经验系数
隔板结构 厚度 隔网形式
指标名称
含水率(%) 交换容量(mol/kg干)
膜面电阻(·cm2) 选择透过率(%)
技术指标值
阳膜
35～50 2.0 12 92
阴膜
35～50 1.8 13 90
脱盐室中液体流路尺寸
C d0
w
v
L
d
C di
普通电渗析工艺过程
硬水的软化的阳离子电渗析
柠檬汁减酸阴离子膜电渗析
氨基酸电渗析过程
Q(CdiCd0)F
IN
式中，法拉第常数F为26.8。
苦盐水脱盐：电流效率一般为 90--95%
海水脱盐：
为 70--85%。
出口浓度计算
Cd0
Cdi
exp[
IlimL
FdCV
]
Cd0
Cdi
exp[
kiL
FdC(1m)V(1n)
]
• 式中，ki、n为Wilson常数。
极限电流下的脱盐率
flim1expF[C dk (1im L )V(1n)]
• I 为电流 (mA)；
• RS 为N对膜对的总电阻 。
膜对电压计算
Up k'Cm V
• 膜是导电的，允许带正电荷通过的阳离子 交换膜、允许带负电荷通过阴离子交换膜。
电渗析的发展
1. 1890年，Ostwald揭示：若膜对阳离子和阴 离子都不能渗透，则膜对任何电解质均不渗透；
2. 1911年，Donnan提出了描述浓度平衡的数 学方程，产生了Donnan排斥机理；
3. 1925年，Michaelis和Fujita用均相弱酸性棉 胶膜(焦木素Pyroxyline)进行了离子选择性膜 的基础研究；
电渗析中的传递现象
电渗析中的传递
a.反离子迁移，也即为与膜上固定离子基团电荷相反 的离子的迁移。 • b；同名离子的迂移，也即为与膜上固定离子(基团) 电荷相同的离子的迁移。 • c．电解质的渗析，这种渗析主要由于膜两侧浓水室 与淡水室的浓度差引起的，使得电解质由浓水室向淡 水室扩散。 • d．水的渗透，随着电渗析的进行，淡水室中水含 量逐渐升高，由于渗透压的作用，淡水室中的水会向 浓水室渗透。 • e．水的分解，这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 可防止这种现象产生。 • f．水的电渗析，由于离子的水合作用，在反离和同 名离子迁移时，会携带一定的水分子迁移。 • g．压差渗漏，由于膜两侧的压力差，造成高压侧 溶液向低压侧渗漏。
卷式电渗析器
填充床电渗析器
双极膜电渗析
• A为阴膜，B为双极膜，C为阳膜
电渗析机理
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。
• 当电渗析器确定后，d、L 为常数，处理 水型确定后，ki、n和也是常数.
经验脱盐率计算式
flimAeV
不同水型的经验常数
水型 氯化钠水型 碳酸氢盐水型
常数值
A
0.88
0.06298
0.73
0.06530
ห้องสมุดไป่ตู้
脱盐能耗
WN
2.78107I2Rs QdNCdif
式中，
• WN为电渗析迁移单位克当量电解质所需能耗,kw.h/N • Qd 为一个淡水隔室的流量L/s；
分离技术——电渗 析
浙江大学材料与化工学院
陈欢林教授、张林博士
主要内容
1. 基本概念 2. 电渗析机理 3. 电渗析用膜 4. 电渗析的应用
基本概念
什么是电渗析？
• 电渗析是一种电化学过程，利用膜和电位 差从水溶液和其它带荷电的混合物中分离 离子物质的膜过程。
什么是电渗析？
• 利用带电离子或分子的传导电流的能力；
电渗析膜对结构图
离子膜内外离子平衡
R S3 O H
RC2N H (C3)H 3O
膜产品及膜骨架分类
膜产品分类号 0 1 2 3 4
5 6
产品名称 膜骨架分类号 骨架名称
强酸性
0
弱酸性
1
强碱性
2
弱碱性
3
螯合型
4
两性
5
氧化还原型 6
苯乙烯系 丙烯酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系
脲醛系 氯乙烯系
离子膜的主要技术指标
电渗析种类
• 倒极电渗析：一定时间间隔正、负极互换，能 自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢、 确保离子交换效率的长期稳定性及水质；
• 填充床电渗析：将电渗析和离子交换结合起来； 集中二者优点，提高极限电流密度和电流效率 的作用，离子交换树脂被填充于淡化室外，被 离子交换树脂稀饭的离子在电场力作用下不断 迁移入浓水室，这样离子交换树脂不需再生， 原料液中的离子可完全被除去；