電滲析溶液中電解質的分離全過程介紹

2022-05-21 14:48:03 字數 2598 閱讀 2617

滲析是指用膜把一容積隔成兩部分,膜的一側是溶液,另一側是純水,小分子溶質透過膜向溶液側移動的過程;或者膜的兩側是濃度不同的溶液時,溶質從濃度高的一側透過膜擴散到濃度低的一側的過程。但如果僅僅是純水透過膜向溶液側移動,使溶液變淡或者僅僅是低濃度溶液中的溶劑透過膜進入高濃度的溶液,而溶質不透過膜,則此過程稱之為滲透。電滲析是指在直流電場的作用下,溶液中帶電離子選擇性地透過離子交換膜的過程, 目前電滲析主要應用於溶液中電解質的分離。

以鹽水中nacl的脫除來闡述電滲析過程原理。在正、負兩電極之間交替地平行放置陽離子交換膜(簡稱陽膜,以符號c表示)和陰離子交換膜(簡稱陰膜,以a表示)。陽膜常含有帶負電荷的酸性活性基團,能選擇性地使溶液中的陽離子透過,而溶液中的陰離子則因受陽膜上所帶負電荷基團的同性相斥作用不能透過陽膜。

陰膜通常含有帶正電荷的鹼性活性基團,能選擇性地使陰離子透過,而溶液中的陽離子則因陰膜上所帶正電荷基團的同性相斥作用不能透過陰膜。陰、陽離子交換膜之間用特別的隔板隔開,組成濃縮和脫鹽兩個系統。

電滲析法的特點:

1、可以同時對電解質水溶液起淡化、濃縮、分離、提純作用;

2、可以用於蔗糖等非電解質的提純,以除去其中的電解質;

3、在原理上,電滲析器是乙個帶有隔膜的電解池,可以利用電極上的氧化還原效率高。

4、在電滲析過程中,也進行以下次要過程:

①同名離子的遷移,離子交換膜的選擇透過性往往不可能是百分之百的,因此總會有少量的相反離子透過交換膜;

②離子的濃差擴散,由於濃縮室和淡化室中的溶液中存在著濃度差,總會有少量的離子由濃縮室向淡化室擴散遷移,從而降低了滲析效率;

③水的滲透,儘管交換膜是不允許溶劑分子透過的,但是由於淡化室與濃縮室之間存在濃度差,就會使部分溶劑分子(水)向濃縮室滲透;

④水的電滲析,由於離子的水合作用和形成雙電層,在直流電場作用下,水分子也可從淡化室向濃縮室遷移;

⑤水的極化電離,有時由於工作條件不良,會強迫水電離為氫離子和氫氧根離子,它們可透過交換膜進入濃縮室;

⑥水的壓滲,由於濃縮室和淡化室之間存在流體壓力的差別,迫使水分子由壓力大的一側向壓力小的一側滲透。顯然,這些次要過程對電滲析是不利因素,但是它們都可以通過改變操作條件予以避免或控制。

電滲析器執行的工藝引數:

1、電流效率:電滲析析器執行時實際除鹽量與理論除鹽量之比稱為電滲析器的電流效率。

2、電流密度與極化現象:電滲析器工作時,單位膜面積上通過的電流稱為電流密度。執行時,當電流密度達到一定值時,介面層離子的遷移速度遠低於膜內離子遷移速度,迫使膜介面處水分子發生電離,依靠氫離子和氫氧根離子來傳遞電流,這種膜介面現象稱為濃差極化,此時的電流密度稱為極限電流密度。

極化包括濃差極化和電極極化。

極化發生後在陽膜淡室的一側富集著過量的氫氧根離子,陽膜濃室的一側富集著過量的氫離子;而在陰膜淡室的一側富集著過量的氫離子,陰膜濃室的一側富集著過量的氫氧根離子。由於濃室中離子濃度高,則在濃室陰膜的一側發生碳酸鈣等沉澱,從而增加膜電阻,加大電能消耗,減小膜的有效面積,降低出水水質,影響正常執行。

反滲透裝置的清洗

1、需清洗的條件

反滲透執行時如果出現以下任一情況,則必須立即進行化學清洗:

①裝置總壓差比執行初期增加0.15~0.20mpa;

②裝置的總產水量比上次清洗後下降了10%以上;

③裝置脫鹽率比上次清洗後下降了三個百分點;

④即使上述三種情況未曾出現,通常也應5~6個月清洗一次;

2、清洗方法

①按選定的清洗劑配方,在清洗水箱中配製清洗液,用幫浦迴圈清洗液,將其攪勻待用。

②關閉反滲透裝置上的進出水閥門、排放閥門,開啟反滲透裝置上的化學清洗進出閥門,形成迴圈清洗系統。

③接好清洗管路後,開啟清洗幫浦電源開關,按規定的流量、壓力(0.14-0.22mpa)和溫度(<30℃),清洗1-2小時(必要時可浸泡1-2小時),初始排出的清洗液排入地溝,以保證清洗液的濃度。

④清洗完畢後,將清洗水箱殘液排完,注入符合反滲透裝置進水指標的水,以清洗相同條件進行沖洗。或用原水增壓幫浦類似低壓沖洗條件來沖洗。

⑤各段沖洗結束後,按規定的執行方式進行低壓沖洗和高壓執行,最初產水排入地溝,到出水指標合格後進入產品水箱。

⑥清洗結束後,必須將化學清洗裝置沖洗乾淨,切忌將清洗過濾器、清洗水幫浦等裝置置於酸或鹼的狀況下。

3、清洗配方

①酸洗配方:0.3%hcl溶液

②鹼洗配方:0.3%naoh溶液, ph調至12。

4、清洗的注意事項

①清洗時應考慮可能的汙染物型別,選用合適的清洗配方。

②可用nh4oh和h2so4調節ph值,必須注意ph值測量一定要正確可靠。

③清洗操作時要有安全防護措施,如帶防護鏡、手套、鞋和衣等。

④固體清洗劑必須充分溶解後,再加其他化學試劑,進行充分混合後才能進入反滲透裝置。

⑤清洗壓力為0.15~0.3mpa,清洗時間為2小時。

⑥清洗過程中密切注意清洗液溫公升情況,切忌溫度超過35℃,觀察清洗水箱液位和清洗液的顏色變化,必要時補充清洗液。

⑦清洗結束後,取殘液進行分析,確定汙染物種類,為日後清洗提供依據。

5、甲醛或亞硫酸氫鈉封存方法

①利用清洗裝置,配製0.5—1%濃度的甲醛或亞硫酸氫鈉水溶液。

②將清洗裝置的出口、回流口分別與反滲透裝置的清洗液進口、清洗液回流口連線,而後開啟清洗管線上的閥門。

③啟動清洗幫浦,迴圈10分鐘。

④關閉清洗幫浦,關閉所有閥門。

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