利用半透膜的選擇透過性來分離不同的溶質(zhì)粒子(如離子)的方法稱為滲析。在電場作用下進(jìn)行滲析時(shí),溶液中的帶電的溶質(zhì)粒子(如離子)通過膜而遷移的現(xiàn)象稱為電滲析。利用電滲析進(jìn)行提純和分離物質(zhì)的技術(shù)稱為電滲析法,它是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種新技術(shù),最初用于海水淡化,現(xiàn)在廣泛用于化工、輕工、冶金、造紙、醫(yī)藥工業(yè),尤以制備純水和在環(huán)境保護(hù)中處理三廢最受重視,例如用于酸堿回收、電鍍廢液處理以及從工業(yè)廢水中回收有用物質(zhì)等。
在用電滲析進(jìn)行除鹽處理時(shí),先將電滲析器兩端的電極接上直流電,水溶液就發(fā)生導(dǎo)電現(xiàn)象,水中的鹽類離子在電場的作用下,各自向一定方向移動(dòng)。陽離子向負(fù)極,陰離子向正極運(yùn)動(dòng)i在電滲析器內(nèi)設(shè)置多組交替排列的陰、陽離子交換膜,此膜在電場作用下顯示電性,陽膜顯示負(fù)電場,排斥水中陰離子而吸附陽離子,在外電場的作用下,陽離子穿過陽膜向負(fù)極方向運(yùn)動(dòng);陰膜顯示正電性,排斥水中的陽離子,而吸附了陰離子,在外電場的作用下,陰離子穿過陰膜而向正極方向運(yùn)動(dòng)。這樣,就形成了去除水中離子的淡水室和離子濃縮的濃水室,將濃水排放,淡水即為除鹽水。這一過程為電滲析除鹽原理。
電滲析法
電滲析法是利用電場的作用,強(qiáng)行將離子向電極處吸引,致使電極中間部位的離子濃度大為下降,從而制得淡水的。一般情況下水中離子都可以自由通過交換膜,除非人工合成的大分子離子。電滲析與電解不同之處在于:電滲析的電壓雖高,電流并不大,維持不了連續(xù)的氧化還原反應(yīng)所需;電解卻正好相反。電滲析廣泛應(yīng)用于化工、輕工、冶金、造紙、海水淡化、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。
電滲析法是利用離子交換膜進(jìn)行海水淡化的方法。離子交換膜是一種功能性膜,分為陰離子交換膜和陽離子交換膜,簡稱陰膜和陽膜。陽膜只允許陽離子通過陰膜只允許陰離子通過,這就是離子交換膜的選擇透過性。在外加電場的的作用下,水溶液中的陰,陽離子會(huì)分別向陽極和陰極移動(dòng),如果中間再加上一種交換膜,就可能達(dá)到分離濃縮的目的。電滲析法就是利用了這樣的原理。
用電滲析法淡化海水原理
電滲析法:水中的離子在直流電場的作用下,可通過半透膜。最初的惰性半透膜電滲析法,主要用于溶膠的提純,電流效率很低。到了20世紀(jì)50年代初,由于選擇性離子交換膜向世,才能夠用電滲析法淡化海水或苦咸水。脫鹽用的選擇性離子交換膜有兩種:①陽膜,只允許陽離子透過的陽離子交換膜;②陰膜,只允許陰離子透過的陰離子交換膜。使陰膜和陽膜交替排列,中間襯以隔板(其中有水流通道),夾緊之后,在兩端加上電極,就成電滲析脫鹽裝置。
當(dāng)海水流經(jīng)電滲器時(shí),在直流電場的作用下,陰離子透過陰膜向陽極方向遷移,途中被陽膜擋住去路,被水流沖洗而出;陽離子透過陽膜向陰極方向遷移,途中被陰膜擋住,也被水流沖出。透過陽膜或陰膜的水為淡水。結(jié)果,從大約一半的夾層流出的水為淡水,從另一半流出的則為濃縮的海水。
電滲析脫鹽所用的半透膜,除要求電阻低、透過的選擇性高、交換容量大和水的電滲小之外,還要求有一定的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸不變和化學(xué)穩(wěn)定性高等。
在電滲析脫鹽過程中,反離子(電荷與膜內(nèi)交換基團(tuán)相反的離子)在膜內(nèi)的遷移速度比在溶液里大,致使淡化夾層的內(nèi)膜半身,溶液界面上的離子濃度低于主體溶液濃度而形成濃度差。當(dāng)電流升至某值時(shí),擴(kuò)散遷移的離子不足以補(bǔ)充界面上離子的缺額,而使界面濃度趨近于零,這時(shí)的電流稱為極限電流。如再增加電流,就會(huì)迫使界面上的水分子解離,由解離出的H和OH來承擔(dān)超過極限值那部分電流的輸送。這種現(xiàn)象稱為極化現(xiàn)象。這不僅使電流白白消耗在無助于脫鹽的H和OH的遷移上,而且會(huì)引起溶液的pH值發(fā)生變化,使鈣鹽鎂鹽之類的離子濃度的乘積超過溶度積,而在濃縮海水夾層的陰膜和陽膜的表面沉淀,阻塞水流通道,甚至被迫停機(jī)拆洗。防止極化沉淀的根本措施,是設(shè)法增加夾層溶液的攪拌作用和布水的均勻性,并把操作電流控制在極限電流之下。此外,定期倒換電極的極性,在濃縮海水夾層中加酸和進(jìn)行不拆裝的化學(xué)清洗等,均能延長運(yùn)轉(zhuǎn)周期。
采用高溫電滲析,可明顯地提高極限電流,防止極化沉淀和降低耗能量。例如:75C時(shí)的極限電流為25C時(shí)的2.5倍,而耗電量僅為25C時(shí)的50%。
電滲析脫鹽是離子在電場中遷移的結(jié)果,用于含鹽量高的海水淡化時(shí),單位產(chǎn)量的耗電量大,很不經(jīng)濟(jì),故多用于淡化苦咸水,或結(jié)合離子交換技術(shù)制造工業(yè)純水,很少單獨(dú)用于淡化含鹽量高的海水。
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