离子交换膜分离技术课件.ppt

《离子交换膜分离技术课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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第六章离子交换膜分离技术第六章离子交换膜分离技术电势差为驱动力浓度差为驱动力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

2、+、-RNH2+、-R2NH+、-R3N+按膜结构划分:异相膜半均相膜均相膜扩散渗析膜：用于酸与盐及碱与盐的扩散渗析分离。国产DF201膜一价离子选择性透过膜：允许一价离子而不允许二价及高价离子通过膜。全氟羧酸－磺酸复合膜：用于氯碱电解取代石棉隔膜。基材：全氟离子交换树脂，磺酸基团－SO3H和羧酸基团－COOH双极膜：一种复合膜，一侧是阳膜，另一侧是阴膜。在直流电场下膜内的水分子发生离解生成H+和OH-离子。6.1.2特殊性能离子交换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

3、电化学性能膜电阻膜电位迁移数选择透过性水的电渗透6.1.3离子交换膜的主要性能IEC增加，膜的电导度提高，选择性和机械强度下降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6.1.3离子交换膜的主要性能基本传质方程：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：6.1.4离子交换膜的传质理论膜污染:无机盐沉淀于膜的表面上有机酸解离成较大的阴离子附着于膜的表面胶体粒子、合成洗涤剂附

4、着于膜的表面导致膜电阻增加，对膜的选择性有影响但不显著。膜中毒：多价金属离子与阳离子交换膜的固定离子基团结合牢固而不易交换下来，使离子膜的交换容量逐渐下降，电阻上升，离子选择性也相应下降。6.1.5膜中毒与膜污染6.2电渗析电渗析主要用于脱盐淡化和浓缩6.2.1原理及功能图1电渗析原理浓缩液淡化液料液重复单元阳极阴极极水极水主要过程：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（-）（+）阴膜Cl-6.2.2电渗析过程中的浓差极化

5、图1离子通过阴膜的传输离子枯竭提高电流水离解极化极限电流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。图2电流密度与电压降的关系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。极限电流的影响因

6、素溶液浓度溶液浓度高，极限电流大。扩散边界层厚度扩散边界层厚度小，极限电流大。溶液温度温度高，极限电流大。溶液体系溶液中离子组成不同极限电流值不同。6.2.3电渗析器图2板框式电渗析膜堆图2无回路隔板图2有回路隔板电渗析器安装：“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。电渗析器不同流向的组装形式(a)一级一段；(b)二级一段并联；(c)一级二段串联；(d)二级二段串联单台电渗析运行方式单台电渗析器运行方式(a)一次通过式；(b)循环式

7、；(c)部分循环式；多台电渗析串联运行方式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：电渗析过程的各种指标L/sm3/hcm/s脱盐率:电流效率:能耗:电渗析过程的各种指标传统电渗析的工业应用工业应用膜堆和工艺设计局限性关键问题苦咸水淡化层流，弯曲通道膜堆，反极性原料液浓度和成本结垢，成本锅炉给水生产层流，弯曲通道膜堆，倒极产水品质和成本成本工艺废水处理层流膜堆，单向膜性能和成本膜污染超纯水生产层流，弯曲通道膜堆，倒极产水品质和成本膜生物堵塞食品脱盐层流或弯曲通道膜堆，单向膜选择性和成本膜污染，产品损失食

8、盐生产层流膜堆，单向成本膜污染电渗析的工业应用电渗析预脱盐制备锅炉用水电渗析-离子交换处理电镀洗水工艺流程洗涤槽电渗析处理电镀洗水工业装置（浓缩酸）电渗析不锈钢酸洗废水工艺流程缓冲槽电渗析处理不锈钢酸洗废水工业装置海水浓缩制盐工艺流程海水浓缩制盐工业装置EDR是ElectrodialysisReversal的缩写，它