电渗析技术的发展及应用.doc

学号：20115053039化工实用技术课程论文学 院 化学化工学院 专 业 化学工程与工艺 年 级 2011级化工 姓 名 李艳芳 论文题目 电渗析技术的发展与应用 成 绩 2014年10月30日目 录摘 要1abstract1前言11 几种电渗析技术11.1倒极电渗析(edr)11.2填充电渗析(edi)21.3液膜电渗析(edlm)21.4高温电渗析21.5 离子隔膜电解21.6双极性膜电渗析(edmb)32 电渗析技术的应用32.1饮用水及过程水的应用32.2工业医药废水处理32.3食品工业的应用42.4化学工业的应用43 电渗析技术在我国的发展与问题5结束语5参考文献5电渗析技术的发展及应用学生姓名：李艳芳 学号：20115053039 化学化工学院 化学工程与工艺专业摘 要：本文简述了电渗析技术的类型，并对电渗析技术在水处理、食品和化学化工等方面的应用进行了综述。关键词：电渗析；膜；应用abstract: this paper briefly describes the types of electrodialysis technology and reviewes the electrodialysis technology in water treatment, food and chemical applications.abstract: electrodialysis; membrane; application前言电渗析技术的研究始于德国，1903年，morse和pierce把2根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去；1924年，pauli采用化工设计的原理，改进了morse的实验装置，力图减轻极化,增加传质速率。但直到1950年juda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。1 几种电渗析技术电渗析是在直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性，产生阴阳离子的定向迁移，达到溶液分离、提纯和浓缩的传递过程。电渗析(eletrodialysis,简称ed)技术1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。1.1 倒极电渗析(edr)edr为电渗析的应用前景提供了一个重要方向2，根据ed原理，每隔一定时间(一般为15-20min)，正负电极极性相互倒换(频繁倒极)，能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢、以确保离子交换膜效率的长期稳定性及淡水的水质水量。在废水处理方面的应用有其独到之处，edr浓水循环，水回收率最高可达95%，它的服役寿命长，管理简单，与其他方法相比更有竞争力。浙江某糖厂锅炉用水先采用ed处理，原水为深井水。含有大量菌类和原生物，行40 h，ed压降增加近一倍，膜对电阻增加近2倍。而改用edr后，运行4oh，压降仅增加1/1o，膜对电阻仅增加1/5。1.2 填充电渗析(edi)填充床电渗析(edi)，它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，它集中了电渗析和离子交换法的优点，并克服了它们各自的缺点，提高了极限电流密度和电流效率的作用。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思想3，1987年mlillpore公司推出了这一产品4。在该过程中，粒子交换树脂颗粒填充在电渗析器的淡化室内外，被离子交换树脂吸附的离子在电场作用下不断迁移入浓水室，这样离子交换树脂不需要再生，而原料液中的离子几乎可完全被除去。1.3 液膜电渗析(edlm)如果能将电渗析装置中的固态粒子交换膜用液膜来代替，就可以做成液膜电渗析(edlm)，它对于浓缩和提纯贵金属、重金属、稀有金属等，可能是一种高效分离方法。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(饿，钉等)的盐溶液进行电渗析时，会在膜上形成金属二氧化物沉淀，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。1.4 高温电渗析用电渗析法进行海水淡化时，由于起耗电量高，处理费用大，因此很难普遍推广应用。高温电渗析的优点在于能使溶液的粘度下降，提高扩散速度，增大溶液和膜的电导，从而可以提高允许密度，提高设备的生产能力或者降低动力消耗，从而降低处理费用。通过实验，高温电渗析对提高电渗析的脱盐效率和对降低能耗的效果是显著的，尤其是对有余热可利用的工厂更为适宜。1.5 离子隔膜电解离子隔膜电解使将电解和膜分离过程结合起来的一种新工艺，最典型的例子就是氯碱工业过程。在日本采用离子交换膜电解法代替传统的汞法制取高纯度烧碱，这种方法不仅保证烧碱的纯度，同时从根本上消除了汞对环境的污染。我国1996年首次引进日本旭化成公司粒子交换膜生产烧碱装置一套，在盐锅峡化工厂投人生产，生产能力1万t/a，随后又引进了日本德山曹达、美国等装置和技术。1.6 双极性膜电渗析(edmb)双极性膜由层压在一起的阳离子交换膜、阴离子交换膜及两层膜之间的中间层构成。当在阳极和阴极间施加电压时，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(h+)和氢氧根离子(oh-)传递。目前双极性膜电渗析工艺的主要领域是从盐溶液中产酸(h2so4)和碱(naoh)，但浓度(酸最大1-2mol/l，碱最大3 -6mol/l)和纯度两方面都受到限制。现在开发的领域还有废气脱硫、离子交换树脂再生、钾钠的无机过程等。.2 电渗析技术的应用电渗析最早应用于苦咸水淡化。1952年美国5lomos公司制成世界上第一台电渗析装置，应用于苦咸水淡化，随后这项新技术便在欧洲等发达国家迅速推广。20世纪60年代初日本又将电渗析技术广泛应用到浓缩海水制盐等。目前，我国的电渗析技术已成功地用于海水淡化、苦咸水淡化和各种纯水制备。电渗析技术由于其不是过滤型，具有较强的抗污染能力，对原水的水质要求相对较低，目前广泛应用于饮用水、工业废水、医药用水处理以及食品、化学工业等领域，并取得了良好效果，具有显著的社会效益和经济效益。2.1 饮用水及过程水的应用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千mgl-1，苦咸水大多在此范围，而海水含盐量则是苦咸水的1020 倍。1998年4月6山东潍坊在渤海湾地区建成一座电渗析苦咸水淡化站，将含盐量为3500mgl-1苦咸水淡化到含盐量为500mgl-1的饮用水，淡化1m3海水总能耗为2.4kwh-1。含盐量为几百mgl-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120gl-1，与原来采用的单纯熬盐法相比，产量增加而成本降低。2.2 工业医药废水处理电渗析可用于重金属废水、电镀废水等的处理，提取废水中的金属离子等，既能回收利用水和有用资源，又减少污染排放，保护了环境。电渗析法与离子交换法结合从酸洗废液中回收重金属和酸的工艺已在工业上应用。1986年我国在浙江省邮电印刷厂安装了一套电渗析和离子交换联合设备，用于处理含铜废水,经处理后的水含铜量为100mgl-1,ph值为67，达到允许排放的标准。徐传宁7用电渗析技术处理含铬电镀废水，有效净化了漂洗废水，回收cr6+离子等，废水中的cr6+达到国家废水排放标准。电渗析法还适用于造纸工业的废水处理。陈长春等8利用单阳膜等从造纸黑液中回收碱，该法回收纯碱t电耗比氯碱生产烧碱和黑液燃烧回收碱都低，可稳定在3000kwh-1。当回收终点黑液ph值为7时，na+回收率为50%，阳极黑液含na+50007000mgl-1，可直接回用于工段。医药废水中常含有大量的有机物及许多有价值的物质，如氨基酸等，刘跃进等人采用电渗析法成功处理了制药厂酸性氨基酸的水，既净化了废水，又回收了氨基酸。2.3 食品工业的应用乳酸是一种重要有机酸，一般都采用发酵法制备，但由于发酵液组分比较复杂，从中提取含量较低的乳酸相当困难，而用电渗析法将乳酸等电解质离子和发酵液中其他大分子糖以及中性物质等分开，节约原材料，降低成本，大大提高产率。该技术还可用于柠檬酸、苹果酸和其他有机酸的分离。据国外文献报道，利用电渗析技术对酱油进行脱盐处理，可以制得低盐酱油并基本保持酱油原有风味9。从海带浸泡液中提取甘露醇通常采用电渗析除盐精制10。在苹果汁的生产中，刚生产出来的果汁很快会发生催化反应使口味变差，颜色变成褐色，不利于销售。近来tronce在zemel研究基础上11利用双极性膜技术控制ph值解决了这一难题。这种方法既不影响果汁的口味，又使颜色更佳。牛磺酸是名贵中药“牛黄”的重要成分之一，具有广泛的医疗和营养保健作用。有报道12利用干燥的氯化氢代替盐酸作为氯化剂生产牛磺酸收率高，工业生产的收率可达83%，但其生产过程中会产生无机盐杂质，如果采用电渗析法脱盐则可以有效去除，且不影响产品收率及质量。2.4 化学工业的应用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，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。3 电渗析技术在我国的发展与问题我国电渗析技术的发展始于1958年,在60年代初,小型电渗析装置便投入海上试验；1965年在成昆铁路上安装了第一台苦咸水淡化装置；1967年异相离子交换膜投入生产,为电渗析技术的推广应用创造条件；70年代以来电渗析技术发展较快；目前, 我国的电渗析技术已成功地用于海水淡水、苦咸水淡化和各种纯水制备。但是我国主要还是30年前研制成功的聚乙烯异相膜，均相膜虽有几家研制成功，但因其成本高，市场小，而未能投入生产和应用，双极膜还处于研究阶段。这样的膜状况使电渗析技术的应用范围受到很大限制。另外在观念上认为比反渗透技术早10年诞生的电渗析技术已经成熟，改善的余地不大，各国在这方面的再投资较小。以上种种原因使电渗析技术发展艰难，以至萎缩。结束语随着科学技术的发展，电渗析技术的应用将更多地被研究出来。例如，日本toshio sato等人近年来研究利用电渗析杀灭饮用水的细菌和大肠杆菌。实验发现,只要电渗析密度和数流速度选择合理，完全可以将饮用水中的细菌全部杀死。近年来，随着对传统电渗析过程的改进，尤其是双极膜电渗析技术和填充床电渗析技术的发展，电渗析的应用前景将更为广阔。总之, 电渗析技术并没过时，当前在解决前述存在问题的同时，我认为电渗析技术应在工业废液处理、化工分离、高性能膜、双极膜水解离技术和电渗析组合结构等方面大力发展，使这一老技术焕发新的光彩，希望在不久的水处理技术与装备方面上见到较多的更新的电渗析技术和装置。参考文献1陈东升.用膜分离技术处理废水的研究j.膜科学与技术,1998,18(5):32-34.2katz.w e the electrodianlysis reversal(edr) processj. desalination, 1979,28(4):31. 3kedem.o.kohen.j.warshawsky.aj.desalination,1983,46(3):291.4mani k n. electrodialysisater splitting technologyj.j.membr.sci，1991，58：14-16.5李福勤，杨云龙.电渗析技术发展方向的思考j.科技情报开发与经济，2001，12(4)：56-56.6黄万抚.电渗