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電滲析(eletrodialysis,簡稱ED)技術(shù)是膜分離技術(shù)的一種,它將陰、陽離子交換膜交替排列于正負(fù)電極之間,并用特制的隔板將其隔開,組成除鹽(淡化)和濃縮兩個系統(tǒng),在直流電場作用下,以電位差為動力,利用離子交換膜的選擇透過性,把電解質(zhì)從溶液中分離出來,從而實現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。
電滲析技術(shù)的研究始于德國,1903年,Morse和Pierce把2根電極分別置于透析袋內(nèi)部和外部溶液中,發(fā)現(xiàn)帶電雜質(zhì)能迅速地從凝膠中除去;1924年,Pauli采用化工設(shè)計的原理,改進(jìn)了Morse的實驗裝置,力圖減輕極化,增加傳質(zhì)速率。但直到1950年Juda首次試制成功了具有高選擇性的離子交換膜后,電滲析技術(shù)才進(jìn)入了實用階段,其中經(jīng)歷了三大革新：
(1)具有選擇性離子交換膜的應(yīng)用;
(2)設(shè)計出多隔室電滲析組件;
(3)采用頻繁倒極操作模式。
現(xiàn)在離子交換膜各方面的性能及電滲析裝置結(jié)構(gòu)等不斷革新和改進(jìn),電滲析技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段,其應(yīng)用前景也更加廣闊。
電滲析器由隔板、離子交換膜、電極、夾緊裝置等主要部件組成。離子交換膜對不同電荷的離子具有選擇透過性。陽膜只允許通過陽離子,阻止陰離子通過,陰膜只允許通過陰離子,阻止陽離子通過。在外加直流電場的作用下,水中離子作定向遷移。由于電滲析器是由多層隔室組成,故淡室中陰陽離子遷移到相鄰的濃室中去,從而使含鹽水淡化。在食品及醫(yī)藥工業(yè),電滲析可用于從有機(jī)溶液中去除電解質(zhì)離子,在乳清脫鹽、糖類脫鹽和氨基酸精制中應(yīng)用得都比較成功。
電滲析作為一種新興的膜法分離技術(shù),在天然水淡化,海水濃縮制鹽,廢水處理等方面起著重要的作用,已成為一種較為成熟的水處理方法。
下面，介紹幾種電滲析技術(shù)
電滲析水處理方法1 倒極電滲析(EDR)
倒極電滲析就是根據(jù)ED原理,每隔一定時間(一般為15～20min),正負(fù)電極極性相互倒換,能自動清洗離子交換膜和電極表面形成的污垢,以確保離子交換膜工作效率的長期穩(wěn)定及淡水的水質(zhì)水量。在20世紀(jì)80年代后期,倒極電滲析器的使用,大大提高了電滲析操作電流和水回收率,延長了運(yùn)行周期。EDR在廢水處理方面尤其有獨(dú)到之處,其濃水循環(huán)、水回收率最高可達(dá)95%。
電滲析水處理方法2液膜電滲析(EDLM)
液膜電滲析是用具有相同功能的液態(tài)膜代替固態(tài)離子交換膜,其實驗?zāi)Ｐ途褪怯冒胪覆ＡЪ垖⒁耗と芤喊瞥杀訝畹母舭?然后裝入電滲析器中運(yùn)行。利用萃取劑作液膜電滲析的液態(tài)膜,可能為濃縮和提取貴金屬、重金屬、稀有金屬等找到高效的分離方法,因為尋找對某種形式離子具有特殊選擇性的膜與提高電滲析的提取效率有關(guān)。提高電滲析的分離效率,直接與液膜結(jié)合起來是很有發(fā)展前途的。例如,固體離子交換膜對鉑族金屬(鋨、釕等)的鹽溶液進(jìn)行電滲析時,會在膜上形成金屬二氧化物沉淀,這將引起膜的過早損耗,并破壞整個工藝過程,應(yīng)用液膜則無此弊端。
電滲析水處理方法3填充床電滲析(EDI)
填充床電滲析(EDI)是將電滲析與離子交換法結(jié)合起來的一種新型水處理方法,它的最大特點是利用水解離產(chǎn)生的H+和OH-自動再生填充在電滲析器淡水室中的混床離子交換樹脂,從而實現(xiàn)了持續(xù)深度脫鹽。它集中了電滲析和離子交換法的優(yōu)點,提高了極限電流密度和電流效率。1983年Ke2dem.o.及其同事們提出了填充混合離子交換樹脂電滲析過程除去離子的思想,1987年,Mlillpore公司推出了這一產(chǎn)品。填充床電滲析技術(shù)具有高度先進(jìn)性和實用性,在電子、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,可望成為純水制造的主流技術(shù)。
電滲析水處理方法4雙極性膜電滲析(EDMB)
雙極膜是一種新型離子交換復(fù)合膜,它一般由層壓在一起的陽離子交換膜組成,通過膜的水分子即刻分解成H+和OH-,可作為H+和OH-的供應(yīng)源。雙極性膜電滲析突出的優(yōu)點是過程簡單,能效高,廢物排放少。目前雙極性膜電滲析工藝的主要應(yīng)用領(lǐng)域在酸堿制備。例如,用雙極性膜和陽膜配成的二室膜可以實現(xiàn)有機(jī)酸鹽(葡萄糖酸鈉、古龍酸鈉等)的轉(zhuǎn)化,同時得到堿(NaOH),但濃度(酸最大濃度2mol•L-1,堿最大濃度6mol•L-1)和純度兩方面都受到限制�，F(xiàn)在開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域還有廢氣脫硫、離子交換樹脂再生、鉀鈉的無機(jī)過程等。
電滲析水處理方法5無極水電滲析
無極水電滲析是傳統(tǒng)電滲析的一種改進(jìn)形式,它的主要特點是除去了傳統(tǒng)電滲析的極室和極水。例如在裝置的電極緊貼一層或多層離子交換膜,它們在電氣上都是相互聯(lián)接的,這樣既可以防止金屬離子進(jìn)入離子交換膜,同時又防止極板結(jié)垢,延長電極的使用壽命。由于取消了極室,無極水排放,大大提高了原水的利用率。無極水電滲析于1991年問世,在應(yīng)用過程中技術(shù)不斷改善,現(xiàn)裝置在運(yùn)行方式上多采用頻繁倒極的形式。目前,無極水全自動控制電滲析器已在國內(nèi)20個省、市使用,近來,還遠(yuǎn)銷東南亞。
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