新膜及膜过程的研究现状及发展动向.pdfVIP

第 22 卷　第 6 期 　　　　　　水处理技术　　　　 V o l. 22 N o. 6 　　　　 　　　　 1996 年 12 月 T ECHN OLO GY O F W A T ER TR EA TM EN T D ec. , 1996 ① 新膜及膜过程的研究现状及发展动向 陈翠仙　　余立新　　戴猷元 (清华大学化工系, 北京, 100084) 摘　要　本文综述了双极性膜及其电渗析、膜蒸馏、膜萃取、无机膜等新膜及膜过程, 简要 说明其研究状况, 应用前景和发展动向。 关键词: 综述, 双极膜, 电渗析, 膜蒸镏, 膜萃取, 无机膜 1　双极性膜及其电渗析技术 双极性膜是由具有两种相反电荷的离子交换层紧密相邻或结合而成的新型离子交换膜, 是真正意义上的反应膜。在直流电场作用下, 双极性膜可以将水离解, 在膜两侧分别得到氢离 子和氢氧根离子。利用这一特点, 将双极性膜与其它阴、阳离子交换膜组合成的双极性膜电渗 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生成相应的酸和碱, 这种方法称 为双极性膜电渗析法, 它是一种新型的膜过程。该过程的突出优点是, 过程简单, 能效率高, 废 物排放少。它为物质资源的再生和回收, 为某些酸和碱的分离和制备提供了清洁、高效、节能的 新方法。 1. 1　 国外双极性膜的研究及应用 在性能方面, 优质双极性膜应具有低电阻、高选择性、高强度、化学稳定性好和长寿命等性 能。在结构方面, 双极性膜可以直接由阴离子交换层和阳离子交换层构成两层结构, 也可以在 两层之间加入第三层物质以促进水的离解。双极性膜材料的开发和成膜技术的改进, 都致力于 完善上述几方面的性能, 研究的重点是寻求合适的制膜技术以实现双极性膜的特殊结构。 1. 1. 1　膜的研究及发展状况: 自50 年代中期出现双极性膜的研究报道以来, 双极性膜的制备技术经过了 50 年代中期 至 80 年代初的缓慢发展过程。80 年代中期, 美国双极性膜在性能和应用上取得重大突破, 国 外双极性膜的研制工作取得了迅速发展, 尤其是随着对双极性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, 使制得的双极性膜在性能上有较大提高, 其中 主要是对阴膜与阳膜接触面的改进。从最初简单的“层压型”结构到 80 年代初开始出现的“单 片型”结构, 随后又出现带有中间“界面层”的复杂结构, 膜电压得到了逐步降低。 目前, 国外已 经有商品双极性膜出售。在此领域内研究较深入的国家和地区有美国、日本、法国、前苏联和德 国。但商品化膜仍为数很少, 且价格十分昂贵。美国出售的双极性膜售价达 2000 2 。 U SD cm 1. 1. 2　膜材料: 双极性膜中的阴、阳离子交换层, 既要能高效地把中间层的 + 、 - 迁移到膜外溶液中, H O H ① 收稿 日期: 96- 08- 26 308 水处理技术 第 22 卷　第 6 期　　 又必须能及时将溶液中的水分传递到中间层。目前, 研究的材料包括聚砜、聚苯乙烯、异戍乙烯 - 苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯- 丁二烯共聚物及含氟聚合物。中间“界面层”的界面电阻与界面 层厚度及其水的离解速率有关。界面层厚度应尽可能薄, 一般为几纳米。界面层水的离解速率 则与中间层组成密切相关。 目前所采用的中间层材料包括: 聚乙烯基吡啶, 聚丙烯酸、磷酸锆、 阴、阳离子交换树脂等。这些材料可单独或同时按不同比例混合使用。 1. 1. 3　双极性膜电渗析过程的应用: ( ) 酸碱制备: 双极