雙極膜電滲析技術(shù)的論述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)雙極膜電滲析技術(shù)的論述 摘 要：本文論述了雙極膜的發(fā)展過程，雙極膜電滲析技術(shù)的原理及結(jié)構(gòu)，膜污染及處理方法，維生素C生產(chǎn)采用雙極膜電滲析技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及維生素C生產(chǎn)采用離子交換法存在的缺點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：雙極膜；電滲析；維生素C；離子交換 雙極膜的發(fā)展過程可劃分為三個(gè)階段 ： 第一階段 20 世紀(jì) 50 年代中期至 80 年代初期 ， 這是雙極膜發(fā)展十分緩慢的時(shí)期 ， 雙極膜僅是由兩片陰陽(yáng)離子交換膜直接壓制 ， 性能很差 ， 水分解電壓比理論壓降高幾十倍 ， 應(yīng)用研究還處在以水

2、解離為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)室階段 ； 第二階段從 20 世紀(jì) 80 年代初至 90年代初 ， 由于雙極膜制備技術(shù)的改進(jìn) ， 成功地研制了單片型雙極膜 ， 其性能大大提高 ， 已經(jīng)在制酸堿和脫硫技術(shù)中得到了成功應(yīng)用 ， 這一階段出現(xiàn)了商品雙極膜。從 20 世紀(jì) 90 年代初至今 ， 是雙極膜迅速發(fā)展的時(shí)期 ， 隨著對(duì)雙極膜工作過程機(jī)理的深入研究 ， 從膜結(jié)構(gòu)、膜材料和制備過程上進(jìn)行了重大改進(jìn) ， 使雙極膜的性能有了較大提高 ， 其中主要是對(duì)陰膜和陽(yáng)膜接觸界面的改進(jìn) ， 從最初簡(jiǎn)單的“壓層型”或“涂層型”結(jié)構(gòu)到 20 世紀(jì) 80 年代初開始出現(xiàn)的“單片型”結(jié)構(gòu) ， 隨后又出現(xiàn)帶有中間“催化層”的復(fù)雜結(jié)構(gòu) ，

3、 大大降低了膜電壓。雙極膜電滲析技術(shù)在優(yōu)化傳統(tǒng)工業(yè)過程和新的工業(yè)過程中發(fā)揮了獨(dú)到的作用。它的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)工業(yè)分離和制備過程 ， 為解決環(huán)境、化工、生物、海洋化工等領(lǐng)域中的技術(shù)難題帶入新的生機(jī)和活力 ， 同時(shí)為解決人類面臨的環(huán)境、資源、能源等問題提供了有效手段。開展對(duì)雙極膜電滲析技術(shù)的研究 ， 要做到理論研究和實(shí)際應(yīng)用兩方面并重 ， 早日縮短與國(guó)外先進(jìn)水平的差距 ， 擴(kuò)大其在國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。1-3 雙極膜是一種新型離子交換復(fù)合膜， 它通常由陽(yáng)離子交換層和陰離子交換層復(fù)合而成。不同電荷密度、厚度和性能的膜材料在不同的復(fù)合條件下，可制成不同性能和用途的雙極膜，這些用途最基本的原理是雙極膜界面

4、層的水分子在反向加壓時(shí)的離解（又稱雙極膜水解離），即將水分解成氫離子和氫氧根離子。雙極膜電滲析就是基于上述的水解離和普通的電滲析原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是以雙極膜代替普通電滲析的部分陰、陽(yáng)膜或者在普通電滲析的陰、陽(yáng)膜之間加上雙極膜構(gòu)成的。雙極膜電滲析過程具有集成度高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，雙極膜電滲析系統(tǒng)（bipolar membrane electrodialysis簡(jiǎn)稱BMED） 雙極膜電滲析法有三種基本的結(jié)構(gòu)模式：三室式和兩種二室式。1）在三室式中，一個(gè)單元由雙極膜、陰膜和陽(yáng)膜分隔組成酸室、鹽室和堿室。有機(jī)酸鹽MX進(jìn)入中間的鹽室后，在電場(chǎng)作用下，其陽(yáng)離子M+通過陽(yáng)膜進(jìn)入堿室，與雙極膜分離出來的O

5、H-形成堿MOH；而陰離子X-則通過陰膜進(jìn)入酸室，與雙極膜分離出來的H+形成有機(jī)酸HX。 2）二室式電滲析有兩種，兩張雙極膜間用陽(yáng)膜分隔成鹽室和堿室。有機(jī)酸鹽MX的溶液進(jìn)入左邊鹽室，在直流電場(chǎng)作用下，雙極膜陽(yáng)膜側(cè)析出的H+直入鹽室，與有機(jī)酸陰離子X-結(jié)合成有機(jī)酸分子；M+則在電場(chǎng)作用下通過陽(yáng)膜進(jìn)入右邊堿室，與雙極膜產(chǎn)生的OH-形成堿。這種電滲析法可由有機(jī)酸鹽制得一種純堿和酸與鹽混合液。另一種可稱為產(chǎn)酸的二室式。兩張雙極膜間用陰膜分隔成酸室與鹽室。有機(jī)酸鹽MX進(jìn)入右邊鹽室，在直流電場(chǎng)作用下，陰離子X-通過陰膜進(jìn)入左邊酸室，形成酸HX；而在鹽室中的M+與雙極膜產(chǎn)生的OH-形成堿。這種電滲析法可由有

6、機(jī)酸鹽制得一種純酸和鹽與堿的混合物。 膜污染一方面是由于料液中的污染物堆積于膜表面而引起的，這部分可通過加強(qiáng)如超濾、絮凝、脫色等一系列預(yù)處理過程來防治；而膜表面的濃差極化也是產(chǎn)生沉淀結(jié)垢的主要原因4.如果發(fā)生濃差極化，溶液中易形成沉淀的離子在膜面上產(chǎn)生沉淀，增加了膜電阻，降低了有效面積，水的解離和H+、OH-的遷移消耗了很大一部分電能，從而造成電滲析的電流效率和脫鹽率下降，產(chǎn)水量降低和電耗增加. 維生素C是一種重要的維生素類藥物和營(yíng)養(yǎng)劑，在醫(yī)藥和食品工業(yè)中均有很大用途。目前我國(guó)維生素C生產(chǎn)企業(yè)采用的二步發(fā)酵法中，需將發(fā)酵以后得到的古龍酸鈉溶液，經(jīng)過多步生產(chǎn)得到古龍酸晶體，再依次與甲醇和碳酸氫鈉

7、反應(yīng)制得維生素C鈉鹽?，F(xiàn)有的古龍酸鈉和維生素C鈉鹽的脫鹽工藝大多為陽(yáng)離子樹脂交換法。其存在缺點(diǎn)： 1）Na+樹脂轉(zhuǎn)換成H+樹脂過程中，酸堿進(jìn)行再生，再生過程中需要大量水進(jìn)行洗酸洗堿，向環(huán)保排放大量廢酸堿水又無法回收稀堿及稀酸溶液。 2）樹脂交換收率低。 3）樹脂使用周期短，需要定期更換。 采用BMED技術(shù)將古龍酸鈉和維生素C鈉鹽轉(zhuǎn)換成古龍酸和維生素C，轉(zhuǎn)化率高達(dá)99？%5-6？。其優(yōu)點(diǎn)： 1）副產(chǎn)品稀堿和稀酸溶液也可被有效利用。 2）優(yōu)化生產(chǎn)成本，降低能源消耗。 3）消耗化工原料少，無污染，產(chǎn)品回收率高、純度高。 4）抗污染能力強(qiáng)，膜使用壽命長(zhǎng)。 5）過程簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小，易于工業(yè)放大和實(shí)現(xiàn)自

8、動(dòng)化及連續(xù)操作，并且可以和發(fā)酵偶聯(lián)，降低產(chǎn)物反饋抑制效應(yīng)，提高發(fā)酵產(chǎn)率。 BMED因其高效節(jié)能、無污染等顯著特點(diǎn)，在化工、環(huán)保、生物分離、能源、制藥工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，并在部分特種分離方向?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。可以預(yù)計(jì)，BMED技術(shù)應(yīng)用在古龍酸鈉和維生素C鈉脫鹽工藝，提高轉(zhuǎn)化率及解決環(huán)保問題，將能為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。 參考文獻(xiàn) 1 唐宇.王曉琳.龔燕.余立新.雙極膜電滲析理論與應(yīng)用的研究進(jìn)展：化工進(jìn)展，2004年第23卷第10期：1107-1112. 2 王路海，韓峰，韓雪梅，袁宗勝；雙極性膜電滲析技術(shù)及其應(yīng)用；河南化工；2001年04期. 3 Huang C H，xu TW，zhang Y P，cta，Application of electrodialysis to the production of organic： State-of-the-art and recent developments. Journal of Membrone Science，2007，288；1-12. 4