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第六章 离子交换膜分离技术 离子交换膜分离技术包括： 电渗析 膜电解 双极膜电渗析 扩散渗析 道南渗析 共性：均使用离子交换膜，离子选择透过离子交换膜为主要特征 6.1 离子交换膜 离子交换膜是膜状的离子交换树脂。 离子交换膜包括三个基本组成部分： 高分子骨架， 固定基团 可交换离子（反离子） 6.1.1 离子膜分类 按电荷分: 阳离子交换膜： 活性基团： 磺酸基（-SO3H） 磷酸基（-PO3H2） 羧酸基（-COOH） 砷酸基（AsO32-）等； 阴离子交换膜： 活性基团： 伯、仲、叔、季胺基（脂肪胺与芳香胺） -NH3+、 -RNH2+、 -R2NH+、-R3N+ 按膜结构划分: 异相膜 半均相膜 均相膜 物理性能 机械强度、表观尺寸 化学性能 IEC（交换容量） 含水量 膜的扩散性能 耐酸、碱氧化性能 电化学性能 膜电阻 膜电位 迁移数 选择透过性 水的电渗透 实用离子交换膜的主要性能要求： ? u?膜对离子的选择性高 u?膜的导电性能好，电阻低 u??适宜的交换容量 u?较小的盐扩散系数和水的渗透通量 u?具有良好的物化稳定性 u 膜的外观平整，厚度均匀，没有针孔 基本传质方程：由对流传质、扩散传质、电迁移传质三部份组成，总传质速率为： 电渗析主要用于脱盐淡化和浓缩 主要过程： 在电埸力作用下，料液中阳离子透过阳膜进入浓室，阴离子透过阴膜进入浓室。 伴随过程： 浓差扩散 同名离子迁移 水的迁移：浓差迁移、电渗透、压差迁移 浓差极化产生的危害 产生结垢使电阻增加，膜使用寿命下降。 在阴膜淡水室一侧留下H+，溶液呈酸性也影响膜寿命。 总的结果是离子迁移减少，脱盐率下降，水质下降，电流效率下降。 极化的防止及结垢消除方法 控制操作电流密度要小于极限电流密度。 提高溶液湍流程度，减小扩散边界层厚度。 定期用稀盐酸或稀醋酸进行洗涤。 倒极电渗析，即在运行过程中每隔2～8hr之间倒换一次电极，同时改变浓、淡水系统流向，使浓、淡水室同时互换。 频繁倒极电渗析，简称为EDR。 电渗析器安装： “级”是指电极对的数目，一对电极称为一级； “段”是指水流方向，每改变一次水流方向称为一段。 多段电渗析增加脱盐率。 多级电渗析产量高。 流速与流量 淡液室的流量为： 膜堆总流量为： 淡液室的液流速度为： 脱盐率: 电流效率: 能耗: EDR是Electrodialysis Reversal 的缩写，它是美国Ionics 公司首先开发的，15-30min自动倒换电极极性并同时自动改变浓、淡水水流流向的电渗析 。 在朝阳极的阴膜面上生成的初始沉淀晶体，在没有进一步生长之前，便被溶解或被液流冲走，不能形成运动障碍； 由于电极极性频繁倒转，水中带电胶体或菌胶团的运动方向频繁倒转，减轻了粘性物质在膜面上的附着和积累； 可以避免或减少向浓水流中加酸或防垢剂等化学药品； 在运行过程中，阳极室产生的酸可以自身清洗电极，克服阴极面上的沉淀。 电去离子技术（ EDI, Electrodeionization）是近年来发展的技术，又称填充床电渗析。 EDI技术是在普通电渗析的基础上发展起来的，广泛地应用于纯水和超纯水的制备。 EDI装置是一种在电渗析器淡室隔板中装填阴、阳树脂的新型水处理装置。 EDI技术是离子交换与电渗析的有机结合，这种结合既克服了电渗析过程离子含量很低时导电性差的缺点 ，又克服了离子交换过程中树脂需要不断再生的缺点 。 EDI优点： 过程安全可靠； 能耗低 不需酸碱再生，过程可连续进行； 无环境污染 装置紧凑，空间大大节省 水的回收率高可达95%，质量好（可去除水中99.5%的盐类、95-99%的硅、96%的硼及99%的CO2）。 定义： 将一张离子交换膜置于电解槽中将其分成阴极室与阳极室的电解过程即为离子膜电解。 膜电解与电渗析区别: 膜电解：电极反应本身是分离体系的重要组成部分，一对电极之间不可能是一个膜堆。 电渗析: 电极反应是形成一个电场，与分离体系关系不大。一对电极之间是一个膜堆。 膜电解的膜：一般均为均相膜 离子膜电解过程应用领域 将盐劈裂为酸和碱 氧化与还原 无试剂加入调pH 从废液中回收酸碱 双极膜是由阴膜层与阳膜层构成的复合膜，在电场作用下：复合膜层间的水解离出的H＋离子和OH－离子分别通过阳膜和阴膜层。双极膜好像一对能提供H＋离子与OH－离子的电极。 双极膜能劈裂冶金工业排出的大量强酸强碱盐为对应的酸与碱，有可能实现无污染冶金。 电渗析技术在湿法冶金过程中的应用-以偏钨酸铵制取为例 偏钨酸铵(AMT),一种钨的同多酸铵盐 分子式为(