C電滲析法除鹽實(shí)用

會計(jì)學(xué)1C電滲析法除鹽實(shí)用溶劑透過膜的過程稱為滲透，溶質(zhì)透過膜的過程稱為滲析。

1.電滲析（ED）：在外加電場的作用下，利用陰、陽離子交換膜對陰、陽離子的選擇透過性，把電解質(zhì)從水溶液中分離出來的膜分離技術(shù)。

2.滲析（D）：是由于膜兩側(cè)有濃度差，使水中的溶質(zhì)透過膜分離的技術(shù)。第二節(jié)電滲析除鹽第1頁/共31頁

3.滲透：由于膜兩側(cè)有濃度差，使溶劑（如水）透過膜分離的技術(shù)。(溶質(zhì)不發(fā)生遷移)4.反滲透（RO）：膜兩側(cè)有濃度差，在濃度高的一側(cè)施加一定的壓力，使溶劑（如水）透過膜而純化或濃縮的膜分離技術(shù)。5.微濾（MF）：膜兩側(cè)有濃度差，在濃度高的一側(cè)施加一定壓力，截留水中的細(xì)菌、粘土等微粒的技術(shù)。6.超濾（UF）：膜兩側(cè)有濃度差，在濃度高的一側(cè)施加一定壓力，截留水中的大分子以及細(xì)菌、病毒、膠體等微粒的技術(shù)。分離粒徑范圍：微濾>超濾>納濾>反滲透第2頁/共31頁一、電滲析的基本原理原理：陰陽離子交換膜對溶液中陰陽離子的選擇透過性，而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。陰膜只讓陰離子穿過；陽膜只讓陽離子穿過。電極兩側(cè)會發(fā)生氧化還原反應(yīng)陰極還原反應(yīng)2H++2e→H2↑陰極室溶液呈堿性結(jié)垢陽極氧化反應(yīng)4OH-→O2↑+2H2O+4e陽極室溶液呈酸性腐蝕第3頁/共31頁為降低電極反應(yīng)在總能量消耗中所占的比例，工業(yè)生產(chǎn)中組成多膜電滲析槽，稱為電滲析器。在電滲析過程中，電能的消耗主要用來克服電流通過溶液、膜時所受到的阻力以及進(jìn)行電極反應(yīng)。運(yùn)行時，進(jìn)水分別地不斷流經(jīng)濃室、淡室以及極室。淡室出水即為淡化水，濃室出水即為濃鹽水，被室出水不斷排除電極過程的反應(yīng)物質(zhì)，以保證電滲析的正常進(jìn)行。第4頁/共31頁電滲析分離原理圖+—+++++—————濃淡濃淡濃淡陽陰陽陰陽陰陽濃水淡水＋—原水極水極室極室陽極陰極第5頁/共31頁二、離子交換膜：離子交換膜是電滲析器的重要組成部分，按其選擇透過性能，主要分為陽膜與陰膜；按其膜體結(jié)構(gòu)，可區(qū)分為異相膜、均相膜、半均相膜。

異相膜通常是具有交換基團(tuán)的聚合電解質(zhì)(樹脂)與成膜材料(粘合劑)粘合生成薄膜，井加入襯網(wǎng)而制成。異相膜的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度好、價格低，缺點(diǎn)是膜電阻大、耐熱差、透水性大。均相膜則相反。1、離子交換膜的種類第6頁/共31頁

均相膜指整張膜完全是按離子交換樹脂的制造工藝制成的，是將樹脂的母體連接起來，成為連續(xù)的膜狀物，在這種膜中聚合電解質(zhì)和成膜材料之間發(fā)生了化學(xué)結(jié)合而成為共聚體。由于這種膜的化學(xué)性能是均勻的，膜的各部分具有相同特性，是單相的，故叫均相膜。

半均相膜的聚合電解質(zhì)與成膜材料混合得十分均勻，它的化學(xué)性能的均勻性可以大為提高，但兩者之間沒有化學(xué)結(jié)合。第7頁/共31頁第8頁/共31頁選擇透過性：離子交換膜的選擇透過性實(shí)際上并不是那樣理想的，因?yàn)榭偸怯猩倭康耐栯x子(即與膜上的固定活性基電荷符號相同的離子)同時透過。導(dǎo)電性：膜電阻與電滲析所需要的電壓有密切的關(guān)系。電阻越小，所需電壓越低。膜電阻一般用膜的電阻率乘以膜的厚度表示，單位為cm

2。機(jī)械性能：應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和韌性。2、離子交換膜的性能第9頁/共31頁3、離子交換膜的理論模型離子交換膜是具有微細(xì)孔道海綿狀結(jié)構(gòu)的薄膜。以陽離子交換均相膜為例：（1）膜的基本骨架是鏈狀高分子組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在骨架上由化學(xué)鍵結(jié)合大量完全電離成陰離子的基團(tuán)，表現(xiàn)出負(fù)電性，它們在整個膜結(jié)構(gòu)中是均勻分布的。（2）膜內(nèi)水相與一般電解質(zhì)水溶液相似，也是等摩爾的存在著游離的陽離子和陰離子。（3）固定離子的濃度由膜的結(jié)構(gòu)決定。（4）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔隙對游離離子的運(yùn)動并無阻礙。由于離子交換膜中含有相當(dāng)濃度的游離離子，使它具有良好的導(dǎo)電性能。第10頁/共31頁三、離子交換膜的作用機(jī)理頓南膜平衡理論：在交換膜內(nèi)存在大量的固定離子和相應(yīng)的反離子，電量相等，保持電中性，但它們的濃度要比溶液相中高。濃度差使膜內(nèi)離子向溶液中擴(kuò)散。但膜內(nèi)的固定離子不可移動，為保持電中性，反離子也不能移出膜外。溶液中的同離子濃度比膜內(nèi)高，但為保持兩相內(nèi)的電中性，不能擴(kuò)散到膜內(nèi)。若有少量離子在濃度差的作用下進(jìn)行兩相擴(kuò)散，勢必打破電中性，產(chǎn)生頓南電位。頓南電位趨向于把膜內(nèi)的反離子拉回，而把銅離子排斥到溶液中，以恢復(fù)電中性。這樣，由濃度差產(chǎn)生的離子擴(kuò)散趨勢，就被反方向的頓南電位抵消，建立起一種濃度不均衡的平衡狀態(tài)，這種平衡稱為頓南平衡。第11頁/共31頁三、離子交換膜的作用機(jī)理頓南膜平衡理論：例如，把離子交換膜浸入NaCl溶液中時，根據(jù)化學(xué)平衡原理，如果在膜內(nèi)溶液中兩處游離離子達(dá)到平衡時，它們的離子濃度的乘積相等。第12頁/共31頁四、電滲析器的構(gòu)造與組裝：1、構(gòu)造：

用夾緊板緊固在一起的膜堆部分稱為電滲析器。電滲器的結(jié)構(gòu)包括壓板、電極托板、電極、極框、陰膜、陽膜、濃水隔板、淡水隔板等部件。將這些部件按一定順序組裝并壓緊，組一定形式的電滲析器。整體結(jié)構(gòu)可分為膜堆、極區(qū)和緊固裝置等三大部分。第13頁/共31頁陽膜陰膜陰極陰膜第14頁/共31頁1.膜堆陰、陽膜和一對濃、淡水隔板交替排列，組成最基本的脫鹽單元，稱為膜對。電極之間由若干組膜對堆疊一起即為膜堆。用于隔開陰、陽膜之間的隔板由隔板框和隔網(wǎng)組成。其上有配水孔、布水槽、流水道以及攪動水流用的隔網(wǎng)。常用的隔網(wǎng)有魚鱗網(wǎng)、編織網(wǎng)等形式。第15頁/共31頁編織網(wǎng)第16頁/共31頁2.極區(qū)極區(qū)由電極、極水室、導(dǎo)水板等組成。（1）電極工業(yè)上所用的電極材料要求：導(dǎo)電性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、對所處理溶液的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性好、分解電壓低、超電壓小、取材資源廣、加工方便、價格便宜。電極的形狀有：絲狀、網(wǎng)狀和平板狀等多種。電極一般都鑲嵌在導(dǎo)水板中，通常簡稱為電極板。

電極材料有：石墨、鉛、不銹鋼、鈦涂釕（或鈦涂鉑）、鉛銀合金和鈦涂過氧化鉛（PbO2

）等。

第17頁/共31頁（2）極水室直接與電極相接觸的隔室稱為極水室。極水室是由供極水流動的隔板構(gòu)成,對極水室的要求是極水暢通,并能及時排去電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體和沉淀物,這也是電滲析過程進(jìn)行的必要條件。（3）導(dǎo)水板導(dǎo)水板是作引入和導(dǎo)出濃、淡水之用，也可作引入和導(dǎo)出極水用。導(dǎo)水板分兩種：一種是裝在電滲析器兩端的端導(dǎo)水板；另一種是多極多端組裝中的中間導(dǎo)水板。第18頁/共31頁3.壓緊裝置壓緊裝置用來把整個極區(qū)與膜堆均勻夾緊，使電滲析器在壓力下運(yùn)行時不致漏水。壓緊裝置主要由槽鋼加強(qiáng)的鋼板制成，緊固時四周用螺絲擰緊。第19頁/共31頁2、電滲析器的組裝方式電滲析的組裝方式常用“級”和“段”來說明。一對電極之間的膜堆為一級，具有同向水流的并聯(lián)膜堆稱為一段。增加段數(shù)等于增加脫鹽流程，可提高脫鹽效率；增加級數(shù)，則可提高水處理量。

一臺電滲析器的組裝方式常有如下四種方式：一級一段；多級一段；一級多段；多級多段。第20頁/共31頁

一級一段是一臺電滲析器的基本組裝方式，可采用多臺并聯(lián)的方式來增加水量；也可采用多臺串聯(lián)來增加脫鹽效率。對于小水量，可以采用一級多段組裝方式。一級一段二級一段一級二段二級二段第21頁/共31頁電滲析器用于水的淡化時，一個淡室實(shí)際去除的鹽量與通過理論計(jì)算應(yīng)當(dāng)去除的鹽量之比即為電流效率。五、電流效率電流效率：當(dāng)Q、n及I值不變時，電流效率隨著除鹽量的增大而提高。第22頁/共31頁1、反離子遷移——也即為膜上固定離子基團(tuán)電荷相反的離子遷移。這種遷移是電滲析的主要傳遞過程，電滲析利用這種遷移達(dá)到溶液脫鹽或濃縮的目的。

2、同離子的遷移——離子交換膜的選擇性不可能達(dá)到100%。同離子的遷移方向與濃度梯度方向相反，因此而降低了電滲析過程的效率。但與反離子遷移相比，同離子的遷移數(shù)一般很小。3、電解質(zhì)的滲析——這種滲析主要由于膜的兩側(cè)濃水室與淡水室的濃度差引起的，使得電解質(zhì)由濃水室向淡水室擴(kuò)散。這種擴(kuò)散速率隨濃水室側(cè)濃度的提高而增大。4、水的滲透——隨著電滲析的進(jìn)行，淡水室中水含量逐漸升高，由于滲透壓的作用，淡水室中的水會向濃水室滲透。兩室濃度差越大，水的滲透量也越大，從而使淡水大量損失。五、電流效率電流效率：第23頁/共31頁

5、水的分解——這是由于電滲析過程中產(chǎn)生濃差極化，或中性水離解成OH-和H+所造成，控制濃差極化可防止這種現(xiàn)象產(chǎn)生。6、水的電滲析——由于離子的水合作用，在反離子和同名離子遷移時，會攜帶一定的水分子遷移。7、壓差滲透——由于膜兩側(cè)的壓力差，造成高壓側(cè)溶液向低壓側(cè)滲漏。以上的幾種傳遞現(xiàn)象中，只有反離子遷移才具有脫鹽或濃縮作用，而除反離子遷移外的其余幾種傳遞現(xiàn)象，在電滲進(jìn)行過程中都應(yīng)設(shè)法降低或消除。五、電流效率電流效率：第24頁/共31頁電能消耗主要有三方面：（1）電極反應(yīng)所消耗的電能，2%~3%；（2）克服膜的兩邊由于濃度差而產(chǎn)生的電位所消耗的電能，25%以下；（3）克服電阻的能量消耗，60%~70%。電滲析器的電能效率很低。五、電流效率第25頁/共31頁六、極限電流密度電流密度：電滲析器運(yùn)行時，每單位面積膜通過的電流。膜界面現(xiàn)象：在一定電流密度下，陽離子在陽膜內(nèi)的遷移量大于陽離子在溶液中的遷移量時，造成膜表面處離子的虧空，使界面層兩側(cè)出現(xiàn)濃度差。第26頁/共31頁六、極限電流密度極化現(xiàn)象：過大的電流密度會導(dǎo)致陽膜淡水室側(cè)表面的離子濃度降低到接近于零，為保持電流通過，則在界面層中由水離解為H+和OH-，使之傳送電流。此時的電流密度稱為極限電流密度。極限電流密度與溶液中離子濃度呈正比，與膜的界面層成反比。界面層的厚度與水流速度有關(guān)。膜極化公式/極限電流密度公式：第27頁/共31頁六、極限電流密度影響電流密度的因素：（1）水質(zhì)條件一定時，與流速成正比；（2）流速一定時，隨著進(jìn)水含鹽量的增加而變大；（3）多段串聯(lián)而各段膜對數(shù)相同時，極限電流密度依次降低。第28頁/共31頁六、極限電流密度測定電流密度的方法：電壓-電流法：（1）在進(jìn)水濃度穩(wěn)定的條件下，固定濃水、淡水和極水的流量和進(jìn)口壓力；（2）逐漸提高操作電壓，待運(yùn)行穩(wěn)定后，測定與其對應(yīng)的電流值；（3）以電壓對