膜分离技术电渗析.ppt

关于膜分离技术电渗析第1页，共21页，星期日，2025年，2月5日电渗析（electrodialysis，ED）渗透：由于化学位差的作用，纯溶剂（水）透过膜向溶液侧移动，使溶液变淡，或者低浓溶液中的溶剂透过膜进入浓度高的溶液，而溶质不透过膜。渗析：用膜把一容器隔成两部分，膜的一侧是溶液，另一侧是纯水，小分子溶质（或离子）透过膜向纯水侧移动，同时，纯水也可能透过膜向溶液侧移动的过程；或者溶质从浓度高的一侧透过膜扩散到浓度低的一侧的过程。电渗析：在电位差推动力的作用下，溶液中的带电离子选择性地透过离子交换（选择透过）膜（荷电膜）的过程，是从水溶液中分离离子的一种分离技术。第2页，共21页，星期日，2025年，2月5日电渗析优点电渗析技术是20世纪50年代发展起来的一种膜分离技术。它具有以下优点:能量消耗少，不发生相变，只用电能来迁移水中已解离的离子；电渗析器主要由渗析器、离子交换膜和直流正负电极组成，设备结构简单，操作方便；离子交换膜不需要像离子交换树脂那样失效后用大量酸碱再生，可连续使用。第3页，共21页，星期日，2025年，2月5日电渗析膜的性能要求（2）较好的化学稳定性（3）较低的离子反扩散和渗水性（4）较高的机械强度（5）较低的膜电阻第4页，共21页，星期日，2025年，2月5日电渗析膜的选择透过机理在外加直流电场的作用下，根据异性电荷相吸的原理，溶液中带正电荷的阳离子可被阳膜吸引，传递而通过微孔进入膜的另一侧，同时带负电荷的阴离子受到排斥；溶液中带负电荷的阴离子可被阴膜吸引而传递透过，同时阳离子受到排斥。这就是离子交换膜具有选择透过性的主要原因。可见，离子交换膜并不是起离子交换作用，而是起离子选择透过的作用，更确切地说，应称为“离子选择性透过膜”。双电层理论Gibbs-Donnan平衡理论第5页，共21页，星期日，2025年，2月5日电渗析的原理在正负电极之间交替地平行放置阳膜和阴膜，依次形成浓水室和淡水室，当两膜所形成的隔室中充入含离子的水溶液（如NaCl溶液）并接上直流电源后，溶液中带正电荷的阳离子(如Na+)向阴极方向迁移,溶液中带负电荷的阴离子(如Cl-)向阳极迁移。由于离子交换膜具有离子选择透过性，使淡水室中的阴、阳离子通过相应的膜进入浓水室；而浓水室中的阴、阳离子不能迁移出去。结果使淡水室中的离子减少，起到脱盐的作用；浓水室中的离子增加，起到盐分浓缩的作用。将浓缩的盐水和淡水分别引出即达到了溶液分离的目的。第6页，共21页，星期日，2025年，2月5日电渗析中的传递过程反离子迁移过程：阳膜上的固定基团带负电荷，阴膜上的基团带正电荷。与固定基团所带电荷相反的离子被吸引并透过膜的现象称为反离子迁移。例如：淡水室中的阳离子（如Na+）穿过阳膜，阴离子（如Cl-）穿过阴膜进入浓水室就是反离子迁移过程，电渗析器即借此过程进行海水的除盐。（主要传递过程）同性离子迁移：与膜上固定基团带相同电荷的离子穿过膜的现象，称为同性离子迁移。由于离子交换膜的选择透过性不可能达到100%，因此，也存在着少量与膜上固定基团带相同电荷的离子穿过膜的现象。这种迁移与反离子迁移相比，数量虽少，但降低了除盐效率。第7页，共21页，星期日，2025年，2月5日电渗析中的传递过程电解质的浓差扩散（渗析）：由于浓水室与淡水室的浓度差，产生了电解质由浓水室向淡水室的扩散过程，扩散速度随浓度差的增高而增加，这一过程虽然不消耗电能，但能使淡化室含盐量增高，影响淡水的质量。水的渗透过程：由于电渗析过程的进行中，浓水室的含盐量要比淡水室高。从另一角度讲，相当于淡水室中水的浓度高于浓水室中水的浓度，于是产生淡水室中的水向浓水室渗透，浓差愈大，水的渗透量愈大，这一过程的发生使淡水产量降低。水的分解：是由于电渗析过程中产生浓差极化或中性水离解成OH-和H+所造成，控制浓差极化可防止其产生。第8页，共21页，星期日，2025年，2月5日电渗析中的传递过程水的电渗析过程：由于操作条件控制不良而造成极化现象，使淡水室中的水解离成H+和OH-，在直流电场的作用下，分别穿过阴膜和阳膜进入浓水室。此过程的发生将使电渗析器的耗电量增加，淡水产量降低。压差渗透过程。由于淡化室与浓缩室的压力不同，造成高压侧溶液向低压侧渗漏。总之，电渗析器在运行时，同时发生着多种复杂过程，除反离子迁移是电渗析的主要过程外，其余几个过程均是电渗析的次要过程。但在这些次要过程的影响下，将使电渗析器的除盐或浓缩效率降低，电耗增加。因此，必须选择合适的离子交换膜和适宜的操作条件，以便抑制或改善这些不良因素的影响。第9页，共21页，星期日，2025年，2月5日电渗析器的组装及脱盐流程膜对：由阴阳离子交换