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电渗析技术的原理以及相关设备的部件构成
时间:2020-09-30   点击:(77)


电渗析(ED)是在直流电场作用下,以电位差为推动力,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。
  电渗析基本原理:(1)电渗析基本过程与半水过程
  ①电解过程   电渗析电极反应过程就是电解过程,这是电渗析工作必不可少的条件,以此引起离子透过膜的迁移。
  ②反离子迁移  反离子是指与膜的固定活性基团电性相反的离子。在直流电场作用下,反离子透过膜进行迁移,它是电渗析惟一需要的基本过程。
  ③同名离子迁移  同名离子是指与膜的固定活性基团所带电荷相同的离子。由于许多原因离子交换膜不可能阻拦同名离子,使得部分阳离子透过阴膜,部分阴离子透过阳膜。同名离子迁移的方向与浓度梯度方向相同,降低了电渗析过程的效率。
  ④电渗失水  反离子和同名离子的迁移实际上是水合离子的迁移。在反离子和同名离子迁移的同时,将携带一定数量水分子迁移。这部分失水就是所谓的电渗失水。
  ⑤渗析  由于膜两侧溶液浓度不同,受到浓度差的推动,电解质由浓缩室向淡化室扩散。这也是降低电渗析过程效率的原因之一。
  ⑥水的渗透  在渗透压的作用下,淡水室的水向浓缩室渗透。
  ⑦渗漏  当膜的两侧存在压力差时,溶液由压力大的一侧向压力小的一侧渗漏。
  ⑧极化  在一定电压下迫使膜—液界面上的水解离为氢离子与氢氧根离子。
  (2)传质方程:对流传质、扩散传质和电迁传质共同组成电渗析过程中离子通过离子交换膜的传质过程。
  (3)膜堆极化:膜堆极化是指电渗析器运行时,离子做定向迁移,由于膜的选择透过性,反离子在离子交换膜中电迁移速率大于在主体溶液中的电迁移速率,在离子交换膜一侧出现了反离子的耗竭层,从而迫使水分子电解产生氢离子和氢氧根离子来负载电流。
  2、电渗析装置:电渗析器主要由膜堆、极区、夹紧装置三部分组成。
  (1)膜堆:膜堆位于电渗析器的中部,由浓、淡水隔板/改向隔板和阴离子交换膜/阳离子交换膜交替排列成浓水室和淡水室。常见的隔板分为无回路隔板和有回路隔板。隔板的厚度一般为0.5~2mm,为取得较好的搅拌效果,国内外所用的隔板大多小于1mm。通常在隔板框内加入隔网,隔网形式有鳞网、编织网和挤压网等。常用的隔板材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、天然橡胶。选用的原则:对于弹性较差的均相膜,使用橡胶板;对于较厚的、弹性好的异相膜,选用较硬的聚乙烯、聚氯乙烯板,这样可以得到较好的密封效果。
  (2)极区:极区位于膜堆两侧,包括电极和极水隔板。极水隔板供传到电流和排除废气、废液之用,所以比较厚。电极的形状有板状、网状、棒状、丝状。常用的电极有二氧化钌电极、石墨电极等。
  (3)夹紧装置:电渗析器有两种锁紧方式:压机锁紧和螺杆锁紧。大型电渗析器用油压机锁紧,中小型电渗析器多用螺杆锁紧。
  (4)组装方式:组装方式有串联、并联及串—并联。常用“级”和“段”来表示,“级”是指电极对的数目,“段”是指水流方向,水流通过一个膜堆后,改变方向进入后一个膜堆即增加一段。


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