电渗析过程研究进展.pptx

电渗析过程研究进展化学工程与技术电渗析简介不同种电渗析介绍双极膜电渗析填充床电渗析倒极电渗析液膜电渗析应用实例双极膜电渗析制备琥珀酸填充床电渗析处理废水制取纯水电渗析简介概念 渗析：利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质 粒子（如离子）的方法。 电渗析：在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子（如离子）通过膜而迁移的现象。 利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法电渗析简介原理电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合；在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性(即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜)，阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。电渗析简介渗析膜离子迁移过程中，若膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过；如果它们的电荷相同，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的。渗析膜是用高分子材料制成的一种薄膜，上面有离子交换活性基团。膜内含有酸性活性基团的称为阳膜；如有碱性活性基团的称为阴膜。电渗析简介分类倒极电渗析填充床电渗析液膜电渗析高温电渗析双极膜电渗析电渗析简介特点无化学添加剂、环境污染小；对原水含盐量变化适应性强；操作简单，易于实现机械化和自动化；设备紧凑耐用，预处理简单；水利用率高。电渗析简介应用电渗析简介发展1890年，Ostwald揭示：若膜对阳离子和阴离子都不能渗透，则膜对任何电解质均不渗透；1911年，Donnan提出了描述浓度平衡的数学方程，产生了Donnan排斥机理；1925年，Michaelis和Fujita用均相弱酸性棉胶膜(焦木素Pyroxyline)进行了离子选择性膜的基础研究1940年，Wassenegger和Jaeger用酚-甲醛缩聚树脂研制了离子交换膜；1950-1953年，Ionics公司、Rohm和Haas公司分别制备出商业化离子交换膜。电渗析简介设备工作原理电渗析设备将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间。并用特制的隔板将其隔开，组成除盐（淡化）和浓缩两个系统，在直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性（其实质是反扩散），一部分水淡化，一部分水浓缩，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。电渗析简介设备电渗析简介隔板电极板双极膜电渗析双极膜电渗析（BMED）将双极膜与阴、阳离子交换膜组合构成双极膜电渗析系统(bipolar membrane electrodialysis，简称BMED)。它能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱。其应用范围从化工领域的脱盐和酸碱制备、生物领域的蛋白和氨基酸提纯拓展到环保领域中工业废水的纯化、浓缩、高纯水制备等领域双极膜电渗析什么是双极膜？双极膜是(bipolar membrane，简称BPM)是一种新型的离子交换复合膜。它通常由阳离子交换层(N型膜)、界面亲水层(催化层)和阴离子交换层(P型膜)复合而成。当在阳极和阴极之间施加电压时，电荷通过离子进行传递，如果没有离子存在，则电流将由水解离出的氢离子和氢氧根离子传递。双极膜电渗析双极膜水解离过程双极膜反向加压时，正、负离子从离子交换界面层分别通过阳、阴层向主体溶液发生迁移，从而在界面层内发生离子耗竭，形成高电势梯度，从而使水分子解离。水解离产物H+和OH-分别朝向膜两侧的主体溶液迁移，消耗的水又通过膜外溶液中的水向中间界面层渗透而补充。双极膜电渗析特点技术先进、工艺简单、经济高效、环境友好双极膜电渗析BMED装置的典型构型BPM/ AEM/ CEM 三隔室BMEDCEM/BPM二隔室BMEDAEM/BPM二隔室BMED双极膜电渗析BPM/ AEM/ CEM 三隔室BMED：主要用于处理水中易电离的盐溶液。含盐废水在AEM和CEM之间的隔室流动，施加直流电后，BPM的界面层发生水的解离，H+同阴离子X-结合形成酸，OH-同阳离子M+结合形成碱。双极膜电渗析三隔室BMED的优点：生产有机酸纯度较高，需要后处理步骤较少 可与发酵设备在线连接，实现连续生产，提取发酵产物三隔室BMED的缺点：能耗高双极膜电渗析AEM/BPM二隔室CEM/BPM二隔室CEM／BPM型二隔室BMED处理弱酸盐可得到碱流和酸／盐合流AEM／BPM型二隔室BMED用于转换弱碱盐得到酸液和碱／盐混合液双极膜电渗析二隔室BMED的优点：结构简单生产产品的平均能耗较低二隔室BMED的缺点：无法实现与发酵设备的在线对接，废液产量较大。后处理成本较高双极膜电渗析双极膜电渗析的应用有机酸的生产：乳酸、葡萄糖酸、柠檬酸、古龙酸、水杨酸、甲酸等食品医药工业的应用：大豆浓缩蛋白、乳清浓缩蛋白、降低热带水果酸度、溶解壳聚糖、有机碱的生产：制备四甲基氢氧化铵、再生脱硫剂哌嗪(pai qin)、双极膜电渗析展望双极膜电渗析在化工、环保、生物分离、能源等领域