-07离子交换膜电渗析法从乳酸钠制备乳酸
第28卷 第4期华侨大学学报(自然科学版)Vol.28 No.4 2007年10月Journal of Huaqiao University (Natural Science )Oct.2007
文章编号: 100025013(2007)0420406204离子交换膜电渗析法从乳酸钠制备乳酸
陈碧娥,罗铁红,符策裔
(华侨大学材料科学与工程学院,福建泉州362021)
摘要: 采用三室离子交换膜电渗析法,将乳酸钠转化为乳酸,比较J M Ο1,DF Ο120两种离子交换膜的转酸效果,考察乳酸钠的初始浓度对乳酸回收率及能耗的影响.结果表明,乳酸钠的初始浓度对回收率及能耗均有较明显的影响;J M Ο1离子交换膜的选择性相对较好,乳酸回收率较高.在操作电流为4A ,乳酸钠初始浓度为
1.0mol ?L -1的条件下,乳酸的回收率达到95%,能耗为0.78W ?h ?g -1.
关键词: 乳酸;乳酸钠;离子交换膜;电渗析
中图分类号: Q 946.81+6;TQ 425.23+6;TQ 028.7+4文献标识码: A
利用电渗析法可将乳酸盐转化为乳酸,根据转化使用膜的类型,又可分为离子交换膜(即单极膜)和双极膜电渗析法.双极膜电渗析法又称水裂解电渗析法,由水提供H +和O H -将乳酸钠转化为乳酸和可以再循环使用的氢氧化钠[1Ο2],是制备乳酸的理想途径,但当溶液中有Ca 2+,Mg 2+等多价离子存在时,易产生沉淀而污染膜.目前,国内双极膜尚属试验阶段,国外厂家也未进行大规模生产,所以双极膜图1 实验原理图Fig.1 The schematic diagram of principle of the experiment
的价格非常昂贵,是离子交换膜的几倍至几十倍,这必然增
加提取的成本.离子交换膜电渗析法是由无机酸提供H +,
从而将乳酸钠转化为乳酸[3Ο5].本文报道利用三室离子交换
膜电渗析系统,将乳酸钠转化为乳酸,探讨乳酸提取的新工
艺,以及对回收率及能耗影响的相关因素.
1 实验部分
1.1 实验原理和装置
实验采用由两张阴离子交换膜及两张阳离子交换膜组
成的三室电渗析系统,实验原理如图1所示.在室1中通
入0.8mol ?L -1硫酸溶液,室2中通入乳酸钠溶液,室3中
通入0.2mol ?L -1硫酸溶液,极水为0.5mol ?L -1硫酸钠
溶液.在直流电场的作用下,H +透过阳膜在室2中与乳酸根结合生成乳酸,室2中,Na +透过阳膜与透过阴膜的SO 2-4
在室3中结合生成Na 2SO 4.这样,在循环的过程中,室1的H 2SO 4不断向室2提供H +,乳酸在室2中逐渐积累,达到转化的目的.电渗析器由6张阴离子交换膜、10张阳离子交换膜和聚氯乙烯隔板交替排列组成的5个膜堆和一对电极板构成,电极为钛钌电极.每张膜的尺寸为300mm ×100mm ,有效面积为157.5cm 2.原料液乳酸钠置于罐2,用泵送入室2.室2与罐2构成一循环系统.同理,其他各室置于储罐中的溶液通过各自的泵与该室构成循环系统.各室储罐的装量均为2L ,各泵的流量均为750mL ?min -1.实验采用分批循环式操作,在室温下进行.
收稿日期: 2006211226
作者简介: 陈碧娥(19462),女,教授,主要从事生物化工的研究.E 2mail :jfzhang @https://www.360docs.net/doc/d211250533.html,.
基金项目: 国务院侨办科研基金资助项目(GQ2325)
1.2 主要设备与材料
电渗析器(北京三元八达科技开发有限公司),B T00Ο3000M 型蠕动泵(河北保定兰格恒流泵公司).均相膜J M Ο1型、DF Ο120型阴、阳离子交换膜(北京环宇利达环保设备有限公司、山东天维膜技术有限公司),DEL TA 320型p H 计.乳酸钠、乳酸(化学纯),其他试剂均为分析纯.
1.3 分析测定方法
乳酸、乳酸钠浓度的测定参考文[6],p H 值采用D EL TA320p H 计测定.
1.4 计算方法
(1)平均电流效率1平均电流效率(η)的计算公式为
η=96500×m n ×I ×t
×100%.上式中,t 为测定时间,m 为t 时间内乳酸的生成量,I 为t 时间内的平均电流,n 为膜对数,本实验中膜对数n =5;.
(2)回收率1回收率(R )的计算公式为
R =C HL ×V HL C NaL ,0×V NaL ,0
×100%.上式中,C NaL ,0为乳酸钠的初始浓度,V NaL ,0为乳酸钠的初始体积,C HL 为t 时刻乳酸的浓度,V HL 为t 时刻乳酸的体积,
(3)能耗1能耗(E )的计算公式为
E =I ×U ×t m
1上式中,U 为t 时间内的平均电压,m 为乳酸的生成量.
2 结果与讨论
2.1 乳酸钠初始浓度对转酸效果的影响
在恒定电流为4A 的条件下,研究由J CM Ο1/J AM Ο1组成的膜堆中乳酸钠初始浓度对电渗析过程的影响,如图2所示.从图2可知,乳酸钠的初始浓度(C NaL ,0)对回收率(R )及能耗(E )均有较明显的影响.随着主体溶液浓度的增加,乳酸的回收率也从78%左右增加至95%,能耗则从1.11W ?h ?g -1下降至0.78W ?h ?g -1.这主要是因为乳酸钠初始浓度高时,溶液的导电能力提高,所需电压较低
.在不同的初始浓度下,乳酸钠电渗析过程的电压变化,如图3所示.从图3可以看出,当乳酸钠初始浓度为
图2 乳酸钠初始浓度与回收率及能耗关系 图3 溶液所需电压随时间变化关系
Fig.2 The influence of NaL initial concentration on Fig.3 Time course of voltage at various
laetic acid recovery and electric energy consumption initial sodium lactate concentration
0.6,0.8mol ?L -1时,随着电渗析的进行,电压逐渐升高,达到最高点后略有下降;而乳酸钠初始浓度为1.0mol ?L -1的电渗析过程,在110min 之前电压的升高非常缓慢,110min 后升高较快,最后趋于平
7
04第4期 陈碧娥,等:离子交换膜电渗析法从乳酸钠制备乳酸
稳,电压最高点低于前两者.由此可见,电压的变化与乳酸的生成及室2溶液中p H 值的变化有关.由于其乳酸钠初始浓度较高,p H 值的变化较为缓慢,在110min 之前溶液中有较多的乳酸根存在,电压上升缓慢.经测定,在120min 时,室2溶液中的p H 值为3.04,溶液中的乳酸大部分以分子态存在,离解度小,因此电阻增大,电压上升.
2.2 离子交换膜的转酸效果
在恒定电流为4A ,乳酸钠的初始浓度近似的情况下,分别使用J M Ο1型、DF Ο120型两种型号的离子交换膜进行电渗析,实验结果如表1所示.表1中,Q 为水迁移量1电渗析过程p H 值的变化,如图4
表1 J M ΟⅠ膜和DF Ο120膜的实验结果对比
Tab.1 Comparison of experiment results of membrane J M Ο1and DF Ο120
膜种类
C NaL ,0/mol ?L -1t /min U /V p H Q /mL R /(%)η/(%)E /W ?h ?g -1J M Ο1
1.041701
2.3 2.0717094.8930.78DF Ο120 1.011309.9 2.0730086.41050.58图4膜电渗析过程p H 的变化Fig.4 Time course of p H with different ion exchange membrance
所示.从图4可以看出,DF Ο120膜电渗析过程中
p H 值的变化较J M Ο1膜p H 值的变化快,氢离子
容易透过,DF Ο120膜电渗析结果的平均电流效率
和能耗都优于J M Ο1膜,但是回收率和水迁移量
不占优势.DF Ο120膜组合的平均电流效率大于
100%,这是Donnan 渗析的作用[4]产生的.氢离
子不仅在电场的作用下迁移到室2,而且从室1
扩散到该室.由于DF Ο120膜选择性较差,在阳离
子交换膜中会进入阴离子,发生同名离子迁移,从
而使乳酸根丢失,回收率降低.由于离子的水合作
用,离子迁移时将携带一定数量的水分子迁移,造
成了水迁移量Q 的增加.相比之下,J M Ο1膜的选择性较好,乳酸回收率也较高.综合考虑,选择J M Ο1膜较合适.2.3 离子交换膜与双相膜电渗析法转酸的比较
利用本电渗析器,由双极膜及J M Ο1型的阳膜(J CM Ο1)组成的2个室具有5个膜堆,以乳酸钠为主体溶液,进行双极膜电渗析转酸.在最佳操作条件下,将实验结果与离子交换膜电渗析的实验结果进行比较,结果如表2所示.从表2中可以明显看出,在本研究条件下,离子交换膜电渗析在能耗方面优势明显,具有一定的实用价值.
表2 离子交换膜与双极膜电渗析转酸效果比较
Tab.2 Comparison between ion exchange membrane and biopolar membrane
electrodialysis for conversion of sodium lactate into lactic acid
项目
离子交换膜电渗析双极膜电渗析E /W ?h ?g -10.5～0.8
2.5～
3.5η/(%)≥90
60～70R /(%)≥90
85～90乳酸纯度钠离子少,但常含有少量的硫酸根
钠离子较多,很少有其他杂质离子副产物及利用情况
Na 2SO 4,需转化为硫酸和NaO H 才能利用NaO H ,能用于发酵过程的p H 控制膜成本低高
3 结束语
实验结果表明,应用三室离子交换膜电渗析法将乳酸钠转化为乳酸的过程中,乳酸钠的初始浓度及不同型号的离子交换膜对转酸的效果均有明显的影响.适当提高乳酸钠的初始浓度,有利于提高乳酸804华侨大学学报(自然科学版) 2007年
回收率和降低能耗.试验的两种离子交换膜中,J M Ο1膜选择性较好,乳酸回收率高,适用于本实验.与双极膜电渗析法相比,离子交换膜电渗析法具有能耗低的优点.
参考文献:
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R ecovery of Lactic Acid from Sodium Lactate
Using Ion Οexchange Membrane Electrodialysis
C H EN Bi Οe ,L UO Tie Οhong ,FU Ce Οyi
(College of Material Science and Engineering ,Huaqiao University ,Quanzhou 362021,China )
Abstract : Lactic acid was recovered f rom sodium lactate solution by ion Οexchange membrane electrodialysis with three compartments.The experiment results of using ion Οexchange membrane J M Ο1and DF Ο120were compared.The influence of sodium lactate initial concentration on lactic acid recovery and electric energy consumption was investigated.It indicated that both lactic acid recovery and electric energy consumption were affected by sodium lactate initial concentration obvious 2ly.Selective character of membrane J M Ο1was better than that of membrane DF Ο120,so the lactic acid recovery of mem 2brane J M Ο1was higher.Under the condition of operating current at 4A ,sodium lactate initial concentration about 1.0mol ?L -1,the recovery of lactic acid was 95%and the corresponding electric energy consumption was 0.78W ?h ?g -1lactic acid.Ion Οexchange membrane electrodialysis had the advantage of bipolar membrane electrodialysis in electric energy consumption.
K eyw ords : lactic acid ;sodium lactate ;ion Οexchange membrane ;electrodialysis
(责任编辑:黄仲一)904第4期 陈碧娥,等:离子交换膜电渗析法从乳酸钠制备乳酸
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D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解 2．（2014·全国大纲版理综化学卷，T9）右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH－Ni电池)。下列有关说法不正确的是 A．放电时正极反应为：NiOOH＋H 2O＋e－→Ni(OH) 2 ＋OH－ B．电池的电解液可为KOH溶液 C．充电时负极反应为：MH＋OH－→M＋H 2 O＋e－ D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度 越高 3．（2014·福建理综化学卷，T11）某原电池装置如右图所示，电池总反应为 2Ag＋Cl 2 ＝2AgCl。下列说法正确的是 A．正极反应为AgCl ＋e－＝Ag ＋Cl－ B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D．当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子4.(2013·浙江高考·11)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后, 蓝色逐渐变浅。已知:3I 2+6OH-=I+5I-+3H 2 O 下列说法不正确的是( ) A.右侧发生的电极反应式:2H 2O+2e-=H 2 ↑+2OH-
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水的深度处理工艺综述 人类对膜的认识是从自然界中存在的膜开始的，到现在，各种人工合成膜已成为了我们生活中不可或缺的一部分。其种类繁多，作用也千差万别，但他们具有一个共同的特点-选择透过性。 水的膜技术的应用开始于20世纪60年代，最早使用反渗透膜进行海水淡化。其后膜技术得到了迅速发展，并被众多领域应用。自用于反渗透脱盐后，又开发出纳滤、超滤和微滤技术，这些不同的膜都有其独特的性能，可满足不同的处理要求。 1定义 膜从广义上可以定义为两相之间的一个具有选择透过性的薄层屏障。 膜分离是指在某种推动力作用下，利用膜的选择透过性能，达到分类混合物（如溶液）中离子、分子以及某些微粒的过程。与传统过滤器的最大不同是，膜可以在离子或分子范围内进行分离，并且该过程是一种物理过程，不需发生相变化和添加助剂。在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法，称为膜分离。 膜分离是用天然或人工合成膜，以外界能量或化学位差作推动力，对双组份或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离可以用于液相和气相分离，可以用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系等。 分离溶质时一般叫渗析，分离溶剂时一般叫渗透。 2分类与特点 膜可以是固态的，也可以是液体甚至是气态的。膜可以是均相的或非均相的，对称的或非对称的，可以是带电的或中性的，而带电膜又可以是带正电或带负电的，或二者兼而有之。膜可以是具有渗透性的，也可以是具有半渗透性的，但不能是完全不透过性的。目前使用的分离膜绝大多数是固相膜。由于膜材料的种类非常丰富，制备条件也多种多样，一般来说膜的分类有以下几种： （1）按分离机理：反应膜、离子交换膜、渗透膜等； （2）按膜的形态：均质膜和非对称膜；
膜分离技术的介绍及应用讲解
题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日
目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)
一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液
污水膜分离法工程技术规范(征求意见稿)
污水膜分离法工程技术规范（征求意见稿） 编制说明
目 次 1 规范编制的来源及意义 (1) 1.1任务来源 (1) 1.2标准编制的意义 (1) 2 制定本标准的原则、方法及技术依据 (1) 2.1编制原则 (2) 2.2制定标准的工作方法与技术依据 (3) 3 主要工作过程 (3) 4 膜技术概况及工程实例、经济分析 (4) 4.1国内外膜法技术现状及发展趋势 (4) 4.2相关标准、技术政策、指南制订情况 (6) 4.3工程案例 (7) 5 标准的主要内容说明 (19) 5.1污水来源及水质特点 (19) 5.2进水指标控制 (19) 5.3预处理 (20) 5.4污水膜分离系统设计 (25) 5.5运行管理与维护 (30) 6 与执行现行法律、法规、规章、政策的关系及实施建议 (34)
1 标准编制的来源及意义 1.1任务来源 根据国家环境保护总局于2007 年下达的《国家环境保护标准计划任务书》中，编制《污水油水分离工程技术规范》（项目统一编号：1400）的任务，江西金达莱环保研发中心有限公司作为主编单位承担了该规范的研究及编制工作，参编单位有华中科技大学和北京市环境保护科学研究院。 1.2 标准编制的意义 环境保护标准化是我国环境保护一项重要发展战略，建立与国际接轨的环境保护工程技术规范，是当前加强环境保护标准化步伐的一项重要任务，是国家环境管理的重要手段，在贯彻法律法规、落实环保规划目标、促进技术进步、优化产业结构、规范管理和执法行为等方面发挥着重要和不可替代的作用。 从1973 年我国发布第一个国家环境保护标准《工业“三废”排放标准》起截至2005年底，经过三十多年的发展，我国环境保护标准体系已初具规模。各类现行有效的环境保护标准共计841 项，包括环境质量标准、污染物排放标准、环境基础标准、监测分析方法标准和环境标准样品标准五类，以及国家标准、行业标准和地方标准三级。各省、市、自治区人民政府根据当地环境质量状况和环境管理需要，制订和发布了一系列地方环境标准。构成了以国家环境标准为主体，地方环境标准为补充的我国环境标准体系，这些环境标准为防治环境污染起到了重要的基础性作用。 环境工程技术标准属于国家环境保护行业标准。国家环保总局已组织制定了环境工程技术规范体系，编制了“十一五”环境工程技术规范编制计划；组织制定发布了十余项环境工程技术规范，以及涉及污染治理产品、环境监测仪器、环保药剂、材料等方面的100余项行业标准或技术要求。并指出“十一五”期间实现新型工业化，要重点解决国家重大工业布局规划以及相应的环境保护技术规范问题。受各种因素的制约和影响，我国部分现行国家环境标准（特别是环境保护行业标准、污染防治技术政策）还不够完善，已不适应当前形势，对行业技术进步的促进作用不足，和国际水准尚有较大差距。 污水膜分离处理，国外已有成熟的技术；而在国内，膜法水处理技术的主要应用领域是纯水制备及海水淡化，随着污水排放标准越来越严格以及污水资源化的要求，近年来才开始广泛地推广、应用膜分离法污水处理技术。目前，我国有针对海水利用领域的膜分离法技术标准，尚无系统的污水膜分离法行业标准；在环境保护行业标准中，仅有反渗透、超滤、电渗析装置的环境保护产品技术要求，针对性不强，不能对行业技术起到很好的指导作用。
反渗透、电渗析技术比较
反渗透、电渗析、电吸附技术比较 一、原理比较 1、反渗透（RO）除盐原理 当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过，此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到某一数值时，水通过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯水侧，上述现象就是水的反渗透处理的基本原理。 2、电渗析除盐原理 电渗析是膜分离技术的一种，是利用离子交换膜对阴、阳离子的选择透过性能，在外加直流电场力的作用下，使阴、阳离子定向迁移透过选择性离子交换膜，从而使电介质离子自溶液中分离出来的过程。 除盐原理如图所示，电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。结果这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。
二、反渗透、电渗析在污水回用领域的技术特点比较 序号项目电渗析反渗透RO(双膜法) 1 除盐原理利用离交换膜和直流电场，使 水中电解质的离子产生选择 性迁移，从而达到使水淡化的 装置。 以分子扩散膜为介质，以静 压差为推动力将溶剂从溶 液中取出 2 透过物溶质，盐溶剂，水 3 截留物溶剂，水溶质，盐 4 膜类型离子膜不对称膜，复合膜 5 除盐率60%－90%80%－95%（废水）6 处理污水膜通量与 处理净水膜通量比 10.5－0.7 7 经济回收率45%－70%60%－75% 8 工作温度大于5℃小于40℃大于4℃小于40℃ 9 随温度降低通量衰 减无 每降低1℃膜通量下降 2-3%
膜分离技术及其应用_童汉清
膜分离技术及其应用 童汉清 海金萍 (蚌埠高等专科学校食品系,蚌埠市233030) 摘 要 针对膜分离技术的一系列独特优点,介绍了工业中常用的各种分离膜的性能、材料及其各自的应用,并简述了世界上最新的膜分离技术及其发展方向。 关键词 膜分离技术 反渗透膜 超滤膜 微滤膜 0 前言 膜分离是用半透膜分离均相混合物中不同组分的一种方法。由于膜分离技术在生产中物料无相变过程,因而无需再沸器、冷凝器等设备,与蒸发、精馏等分离技术相比具有显著的节能、高效等特点,特别是对于食品工业,膜分离技术可以完好地保留食品原有色、香、味,而其营养成分又不会被高温破坏。因而膜技术在世界范围内引起人们极大关注,被誉为重大的新技术革命之一。 现代膜技术的开发还仅仅是近三十年的事情,虽然近年来有了较大的发展,但目前仍处于发展和完善的过程中。国内外膜分离技术已在许多不同行业得到应用,并取得了良好效果。 1 反渗透膜及其应用 1.1 反渗透膜的性能 反渗透膜的孔径在0.3～2nm之间,通常为非对称的微孔结构膜,压差作为操作推动力,工作压力可高达7.0～7.5M Pa,膜通量一般为0.5m3/(m2d)。 反渗透膜能截留住除水分子、氢离子、氢氧根离子以外的其它物质,因而主要用于水和其它物质的分离。 1.2 膜材料 最先开发并成功应用的反渗透膜材料是醋酸纤维素,70年代以来逐渐开发出一些新型反渗透膜材料,如芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯撑氧、磺化聚磺酸盐、聚酰胺羧酸、聚乙烯亚胺、聚甲苯二异氰酸酯和等离子处理聚丙烯腈等。醋酸纤维素在强酸和弱碱条件下易发生水解且不耐高温,易受微生物和酶的作用,在正常使用时还会发生蠕变使透水速率降低。尽管存在这些缺点,但目前工业上最广泛使用的两种反渗透膜材料,还是首选醋酸纤维素,其次为聚酰胺。 1.3 反渗透膜的应用 1.3.1 海水淡化 反渗透膜分离技术被广泛应用于海水淡化。在全世界海水淡化装置中,约有30%用反渗透方式来实现。反渗透膜由极薄致密表层和多孔支撑层构成,具有高透水率及高脱盐率,可脱去海水中99%以上的盐离子。 1.3.2 果汁、果酒等产品的浓缩 膜浓缩是在常温下进行的。用反渗透膜对果汁、果酒进行浓缩,可保证维生素等营养成分不受破坏以及挥发质不损失,并可保留其原有的风味,这是其它浓缩技术难以做到的。另外,反渗透膜可以完全除去细菌和病毒,使产品不加任何防腐剂而延长储存期,食用更加卫生可靠。 19 《化工装备技术》第20卷第2期1999年
水处理膜分离技术
膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别，下图简单示意了四种不同的膜分离过程：（箭头反射表示该物质无法透过膜而被截留）： 微滤又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1-1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。 超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1000分子量之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。 对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在 1000-300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。 纳滤是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80-1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广
高考化学复习 专题7-离子交换膜在电化学装置中的应用 (2)
专题7 离子交换膜在电化学装置中的应用 日期：2019年11月10日 学号姓名 1．（2018年11月浙江选考17题）最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。 下列说法不正确 ．．．的是（） A．右边吸附层中发生了还原反应 B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－＝2H2O C．电池的总反应是2H2 ＋O2＝2H2O D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO4－向左移动 2．（2019年高考天津卷6题）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌--碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是 A.放电时，a电极反应为I2Br－+ 2e－=2I－+ Br－ B.放电时，溶液中离子的数目增大
C.充电时，b 电极每增重0.65 g ，溶液中有0.02mol I － 被氧化 D.充电时，a 电极接外电源负极 3．（2019 年全国卷 I 12) 利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV 2+/MV +在电极与酶之间传递电子，下列说法错误的是 A ．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B ．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H 2 + 2MV 2+ = 2H + + 2MV + C ．正极区，固氮酶为催化剂，N 2发生还原反应生成NH 3 D ．电池工作时，质子通过交换膜由负极区向正极区移动 4．（2016年全国卷 I 11）三室式电渗析法处理含 Na 2SO 4 废水的原理如图3所示，采用惰性电极，ab 、cd 均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na ＋和SO 42－ 可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室．下列叙述正确的是(B ) A ．通电后中间隔室的SO 42－向正极迁移，正极区溶液pH 增大 B ．该法在处理含Na 2SO 4。废水时可以得到NaOH 和H 2SO 4产品 C ．负极反应为2H 2O － 4e - = O 2＋ 4H ＋，负极区溶液pH 降低 D ．当电路中通过1mol 电子的电量时，会有0.5 mol 的O 2生成 5．（2018年全国卷Ⅰ 27节选）焦亚硫酸钠(Na 2S 2O 5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应有广泛，加答下列问题： MV + MV 2+ N 2 NH 3 H 2 H + MV + MV 2+ 电 极 电 极 氢化酶 固氮酶 2SO 4负极区正极区 浓Na 2SO 4溶液a b c d ＋－
电渗析操作规程
两钠废液电渗析操作规程 操 作 规 程
江苏华晖环保科技有限公司
目录 一岗位的基本任务 (1) 二工艺流程叙述 (1) 三中和调节系统 (1) 3.1中和调节系统原理 (1) 3.2中和调节系统工艺流程 (2) 3.3中和调节系统的设置 (2) 四电渗析工艺流程 (3) 4.1电渗析原理 (4) 4.2电渗析器（膜堆） (4) 4.3原理分析 (6) 4.4电渗析工艺流程 (7) 4.5电渗析系统 (9) 五开机前准备及操作 (10) 5.1 中和系统试开机前准备 (10) 5.2 电渗析联调准备及操作 (11) 六安全生产过程 (14) 6.1安全应急预案 (14) 6.2安全应急撤 (16) 6.3安全注意事项 (17) 6.4异常处理 (17)
一岗位的基本任务 将送来的表冷液中和到设定的pH值4.5~6.5，在电场作用下利用膜分离原理将表冷液分离成浓缩溶液和淡化合格水。浓缩溶液输送到生产系统进行回收利用；双钠含量≤25mg/L的淡化合格水输送到循环水池作为补充水。 二工艺流程叙述 硝酸铵产品的生产过程是用浓度50%左右的稀硝酸与气氨进行中和反应，反应过程中放出大量的热，产生的热量与硝酸浓度有关，中和液中的水吸热气化，最终得到75%左右的硝酸铵浓液，进一步蒸发，最终得到硝酸铵。生产硝酸铵产品过程中所产生的蒸汽，经冷却器冷凝后，得到冷凝废水，冷凝废水中含有可利用的硝酸铵及氨，如直接排放，严重污染环境，同时白白浪费其中可回收利用物质。 三中和调节系统 3.1 中和调节系统原理： 硝酸铵产品的生产过程：是用50%的稀硝酸与气氨进行中和反应，反应过程中释放出大量的热。释放出的热量与硝酸浓度有关，中和液中的水吸热气化，最终得到75%左右的硝酸铵浓液，进一步蒸发，所产生的蒸汽，经冷却后，得到冷凝废水，冷凝废水中含有少量的硝酸铵和氨直接进入电渗析系统会对电渗析膜堆体造成损坏，降低膜堆的使用寿命，经处理后排放水也不能达标，所以必须将冷凝废水进行中和处理，其中和处理的原理是：在冷凝液进入电渗析系统前加一套中和装置，加入少量的稀硝酸或少量的气氨，在常温常压下进行中和反应，生成硝酸铵。稀硝酸或氨与
膜分离技术深度处理废水
膜分离技术深度处理废水 1膜技术简介;：膜分离技术是指利用膜的选择性对料液的不同组分进行分离、纯化、浓缩的过程。根据制作材料的不同，可将膜分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，其具有制作成本低、孔径范围广、组件形式多样等特点因此应用比无机膜更为广泛。 2膜技术在焦化废水回用技术中的应用：1)预处理+超滤膜(UF)+纳滤膜(NF)工艺：唐山中润煤业化工有限公司采用预处理+超滤膜(UF)+纳滤膜(NF)工艺对公司下属焦化厂废水处理站生化出水进行深度处理，处理后的出水水质除氯离子含量较高外其他组分含量均达标排放，出水可以作为循环水的补充水进行回用。本工艺在超滤膜处理后采用纳滤膜进行再处理与超滤膜相比提高了产水率，但再用纳滤膜无法去除水中的氯离子因此导致出水回用时对设备腐蚀较大。 2)预处理+超滤膜(UF)+反渗透膜(RO)工艺：山西亚鑫煤焦化有限公司以及新疆八一钢厂焦化公司均采用预处理+超滤膜(UF)+反渗透膜(RO)工艺对焦化厂废水处理站生化出水进行深度处理，处理后的出水作为循环水补充水进行回用。该工艺出水水质较好，完全可以作为循环水进行回用，且出水中氯离子含量较低对设备腐蚀较小，但是该工艺存在污泥量大，产水率低，产水量下降较快等缺点急需对工艺进行改进。 3)预处理+膜生物反应器(MBR)+反渗透膜(RO)工艺：山东邹平铁雄焦化公司采用预处理+膜生物反应器(MBR)+反渗透膜(RO)工艺对焦化废水进行深度处理，处理后废水作为锅炉补水进行回用。该工艺出水水质较好，各组分含量均达标排放，但是在运行过程中膜生物反应器极易被污泥所堵塞，从而导致清洗
高考化学专项突破 离子交换膜在电化学装置中的应用
高考化学专项突破----离子交换膜在电化学装置中的应用 一、离子交换膜的功能：使离子有选择性的定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。 二、离子交换膜在电化学中的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触。 防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量； 防止引发不安全因素。(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。 (2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 (3)用于物质的制备、分离、提纯等。 三、离子交换膜的类型 根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过；阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。 注意：①反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同。②同种交换膜，转移相同的电子数，如果离子所带电荷数不同，迁移离子数不同。③离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。 四、离子交换膜类型的判断
根据电解质溶液呈中性的原则，判断膜的类型。判断时首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余，因该电极附近溶液呈电中性，从而判断出离子移动的方向，进而确定离子交换膜的类型，如电解饱和食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，则阴极区域破坏水的电离平衡，OH－有剩余，阳极区域的Na＋穿过离子交换膜进入阴极室，与OH－结合生成NaOH，故电解食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。 五、真题再现 1、(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+ 在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是 A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H 2+2MV2+2H++2MV+ C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3 D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 【答案】B 【解析】 【分析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+?e?= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池
分离技术
1.简述分离技术的分类及其分离原理？ （一）机械分离对象是由两相或两相以上所组成的混合物，其目的是简单地将各相加以分离，过程中间不涉及传质过程。 名称分离因子分离原理举例 沉降重力密度差水处理 离心离心力密度差油精制、牛乳脱脂 旋风分离惯性流动力密度差喷雾干燥 过滤过滤介质粒子大小除菌、喷雾干燥/果汁澄清、 颗粒分离 压榨机械力压力下液体流动油脂生产 （二）传质分离是指在分离过程中，有物质传递过程的发生，传质分离的原料，可以是均相体系，也可以是非均相体系。分为两大类：平衡分离过程和速率控制分离过程1平衡分离过程为借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂等）使均相混合物系统变为两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。2速率控制分离过程是指借助某种推动力，如浓度差、压力差、温度差、电位差等的作用，某些情况下在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异而实现混合物的分离操作。分为膜分离和场分离（三）其他物理场辅助分离技术1.超声波萃取 2.微波辅助萃取 3.超声微波协同萃取 2食品为什么要分离？1获得需要的产品①农作物中非食用物质与食用物质的分离。②多层次、多样化产品的需求。2食品安全性的要求①农药残留。②工业“三废”进入食物链危害人体健康。③天然食品在生长过程中次生代谢产生多种微量的有毒成分。 3食品分离过程的特点:分离对象种类多，性质复杂。产品质量与分离过程密切相关。产品要求食用安全。分离对象在分离过程中易腐败。 4食品分离技术的选择原则：先要确定分离的目的，了解待分离混合物中各组分的物理，化学，生物学方面的性质，并要充分关注分离的目标成分。对目标成分，要了解目标成分的性质，它的相对分子质量，化学结构，理化性质，电荷性，热敏性以及生物活性等基础性资料对确定分离方法的选择起决定性作用。 5食品分离技术的考虑因素:产品纯度，回收率（主要）产品价格目标产物的特性混合物中的分子性质经济因素安全与环保 6食品分离技术在食品工业中的地位与作用 1. 是重要的食品工艺过程之一2. 提高农作物综合利用程度，生产高附加值的产品。3.改进食品的营养与风味。4. 符合卫生，安全要求。5. 改变生产面貌。 膜分离技术 1按膜的性质分：⒈天然膜⒉合成膜.按膜的结构分：⒈多孔膜⒉致密膜 3.液膜.按膜的作用机理分：1.吸附性膜2.扩散性膜 3.离子交换膜4.选择渗透膜5.非选择性膜 2膜分离技术的原理:膜分离概念：用天然的或人工合成的膜，以外加压力或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离，分级，提纯或富集的方法，统称膜分离法。 3膜分离技术特点:在常温下进行,不发生相变化,能耗低,在密闭容器中进行,不用添加化学试剂、添加剂,选择性好,使用范围广,操作简便，易自动化操作 4膜分离的特点1.不发生相变，能耗低。2.一般在常温下操作不需加热，适应于热敏性物质 3.应用范围广。4.以压力为推动力，装置简单、体积小、操作容易、
膜分离法污水处理技术
膜分离法污水处理技术 作者：雷晓东， 熊蓉春， 魏刚 作者单位：北京化工大学,北京,100029 刊名： 工业水处理 英文刊名：INDUSTRIAL WATER TREATMENT 年，卷(期)：2002,22(2) 被引用次数：135次 参考文献(24条) 1.Mulder M Basic Principles of Membrane Technology 1996 2.许振良污水处理膜分离技术的研究进展（一）[期刊论文]-净水技术 2000(3) 3.Cadotte J E;Forester R;Kim M Nanofiltration Membranes Broaden the Use of Membrane Separation Technology 1988(1-3) 4.高从;俞三传;张建飞纳滤 1999(02) 5.Victor H Guy Treatment of effluent from the process for electrodeposition of paint 1967 6.Christenson Roger M;Zwack Robert R Double ion exchange of an ultrafiltrate derived from an electrodeposition bath 1972 7.Smith J C V;etal The Use of Ultrafiltration Membrane for Activated Sludge Separation 1969 8.Nagaoka H Nitrogen Removal by Submerged Membrane Separation Activated Sludge Process 1999 9.Rautenbach R;Linn T;Eilers L Treatment of Severely Contaminated Waste Water by a Combination of RO,High-pressure RO and NF-Potential and Limits of the Process 2000 10.陈观文我国分离膜市场的现状与展望 1999(06) 11.Koyuncu I;Turan M;Topacik D Application of low pressure NF membrane for the recovery and reuse of dairy industry effluents 2000 12.Kiso Y;Nishimura Y;Kitao T Reection properties of nonphenylic pesticides with NF membranes 2000 13.Neuffer Claus;Menzel Uwe;Rott Ulrich Wastewater fiom a printing plant 1999 14.May·Britt Hagg Membranes in Chemical Processing 1998(01) 15.Siewert C;Richter H;Piorra A Development of ceramic NF membranes 1999 16.Schaep J;Woundecasteele C;Peeters B Characteristics and retention properties of a mesoporous γ-Al2O3 membrane for NF 1999 17.汪洪生;陆雍森国外膜技术进展及其在水处理中的应用 1999(04) 18.徐南平,邢卫红,王沛无机膜在工业废水处理中的应用与展望[期刊论文]-膜科学秘技术 2000(3) 19.Genné I;Doyen W;Adriansens W Organ-mineral Ultrafiltration Membranes 1997(34) 20.Rautenbach R膜工艺 1998 21.Peter Cartwright The Role of Membrane Technology in Water Purification Applications 1997(06) 22.裴玉新;徐又一纳滤膜技术及其研究进展 1999(05) 23.陆柱,方铄虹新世纪对水处理技术的挑战[期刊论文]-精细化工 1999(5) 24.Freeman S D N;Morin O J Recent developments in membrane water reuse projecta 1995(103) 本文读者也读过(5条)