双极膜电渗析的理论研究进展与应用.pdf

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1、2011年第1O期化学工程与装备2011年lO月ChemicalEngineering＆Equipmentl6l双极膜电渗析的理论研究进展与应用郑淑英(宁德师范学院化学与环境科学系，福建宁德352100)摘要：从理论和应用研究两方面较为全面地综述了双极膜电渗析技术在近些年的发展，阐述了双极膜中水解离、水迁移、离子迁移以及双极膜电渗析过程等理论研究。介绍了它在饮用水及纯水的制备、食品工业和化学工业及其他领域中的应用。双极膜电渗析技术在优化传统工艺过程和新的工业过程中发挥独到的作用，它的出现改变了传统工艺分离和制各过程，为解决环境化工，生物，海洋化工等领域中的

2、技术难题注入新的生机和活力。同时为解决人类面临的环境，资源，能源的问题提供了有效手段。关键词：双极膜；电渗析；水解离；应用电渗析的研究始于上世纪初的德国。1952年美国出现，这些膜所表现出来的特性，生物理论本身不能解释，⋯lonics公司制成了世界上第一台电渗析装置，用于苦咸水需要双极膜有关模型来解释：双极膜的工业化应用促进了它淡化。至今苦咸水淡化仍是电渗析最主要的应用领域。在锅的理论研究；阴离子交换膜在使用中因吸附杂质而表现出双炉进水的制各、电镀工业废水的处理、乳清脱盐和果汁脱酸极膜的特性，目前的双极膜模型大都根据NernstPlanck等领域，电渗析都

3、达到了工业规模。另外，在上世纪5O年方程或非平衡热力学导出盐离子和H和01{的传导方程。代末，由日本开发的海水浓缩制食盐的应用，虽仅限于日本1．1电渗析的工作原理和科威特等国，但也是电渗析的一大市场。目前，电渗析以电渗析是在直流电场作用下，溶液中的带电离子选择性其能量消耗低，装置设计与系统应用灵活，操作维修方便，地通过离子交换膜的过程。主要用于溶液中电解质的分离。工艺过程洁净、无污染，原水回收率高，装置使用寿命长等图l是电渗析工作原理示意图。明显优势而被越来越广泛地用于食品、医药、化工及城市废流程说明：在淡化室中通入含盐水，接上电源，溶液中水处理等领域。带

4、正电荷的阳离子，在电场的作用下，向阴极方向移动到阳目前，双极膜电渗析技术在优化传统工艺过程和新的工膜，受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过业过程中发挥独到的作用，它的出现改变了传统工艺分离和膜，进入右侧的浓缩室。带负电荷的阴离子，向阳极方向移制各过程，为解决环境化工，生物，海洋化工等领域中的技动到阴膜，受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而术难题带入新的生机和活力。同时为解决人类面临的环境，穿过膜，进入左侧的浓缩室。淡化室盐水中的氯化钠被不断资源，能源的问题提供了有效手段。近l5年来，电渗析在除去，得到淡水，氯化钠在浓缩室中浓集。水的脱盐淡化

5、，制盐等领域增长率保持在15％左右，其中以1．2电渗析迁移过程水的脱盐规模最大，其次是超纯水的制各。这些领域都已经电渗析是在直流电场作用下，溶液中的离子选择性地通成熟，且市场容量接近饱和，所以发展新的应用领域非常必过离子交换膜的过程。主要用于溶液中电解质的分离。要。目前国外已经把研究和开发的重点转移到水解离技术和电渗析过程除我们希望的反离子迁移外，还可能发生如水压渗技术上，水解离技术成为目前市场增长率最快的生长图2所示的其它迁移过程：点，所以以双极膜为基础的水解离技术已成为电渗析技术目(1)同名离子迁移前研究和应用的首要目标。同名离子指与膜的固定活性基所带

6、电荷相同的离子。根1双极膜电渗析理论研究据唐南(Donnan)平衡理论，离子交换膜的选择透过性不可双极膜理论近年得到了国内外学者的广泛关注，原因能达到lOON，再加上膜外溶液浓度过高的影响，在阳膜中有以下几个方面：生物技术的发展导致许多生物荷电膜的也会进入个别阴离子，阴膜中也会进入个别阳离子，从而发l62郑淑英：双极膜电渗析的理论研究进展与应用生同名离子迁移。量的水分子迁移。(2)电解质的浓差扩散(5)压差渗漏也称为渗析，指电解质离子透过膜的现象。由于膜两侧溶液透过膜的现象。当膜的两侧存在压差时，溶液由压溶液浓度不同，受浓度差的推动作用，电解质由浓水室向淡

7、力大的一侧向压力小的一侧渗漏。因此在操作中，应使膜两水室扩散，其扩散速度随两室浓度差的提高而增加。侧压力趋向平衡，以减小压差渗漏损失。(3)水的渗透(6)水的解离淡水室的水，由于渗透压的作用向浓缩室渗透，渗透量水的解离也称为极化。是指在一定电压作用下，溶液中随浓度差的提高而增加。离子未能及时补充到膜表面时，膜表面的水分子解离成H(4)水的电渗透和0}f的现象。当中性的水解离成耳和OIr以后，它们会透过反离子和同名离子，实际上都是水合离子，由于离子的膜发生迁移，从而扰乱浓、淡水流的中性性质。这是电渗析水合作用，在反离子和同名离子迁移的同时，将携带一定数装置的

8、非正常运行方式，应尽力避免。I。I‘135-+．＼●+CI．Cl-