电渗析知识
电渗析知识概述
利用半透膜的选择透过性来分别不同的溶质粒子〔如离子〕的方法称为渗析。
在电场作用下进展渗析时，溶液中的带电的溶质粒子〔如离子〕通过膜而迁移的现象称为电渗析。
利用电渗析进展提纯和分别物质的技术称为电渗析法，它是20 世纪50 年月进展起来的一种技术，最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中处理三废最受重视，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。
中文名：电渗析外文名：electroosmosis利用材质：半透膜的选择透过性对象：溶质粒子广泛用于：化工、轻工、冶金等特点：价格廉价等名目1简介2原理3实际应用4应用范围5根本性能6方法特点简介电渗析装置(3 张)电渗析过程是电化学过程和渗析集中过程的结合；在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性(即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜)，阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。
离子迁移过程中，假设膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过；假设它们的电荷一样，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的[1] 。
电渗析与近年引进的另一种膜分别技术反渗透相比，它的价格廉价，但脱盐率低。
当前国产离子交换膜质量亦很稳定，运行治理也很便利。
电渗析原理电渗析使用的半渗透膜其实是一种离子交换膜。
这种离子交换膜按离子的电荷性质可分为阳离子交换膜(阳膜)和阴离子交换膜(阴膜)两种。
在电解质水溶液中，阳膜允许阳离子透过而排斥阻挡阴离子，阴膜允许阴离子透过而排斥阻挡阳离子，这就是离子交换膜的选择透过性。
在电渗析过程中，离子交换膜不像离子交换树脂那样与水溶液中的某种离子发生交换，而只是对不同电性的离子起到选择性透过作用，即离子交换膜不需再生。
电渗析工艺的电极和膜组成的隔室称为极室，其中发生的电化学反响与一般的电极反响一样。
阳极室内发生氧化反响，阳极水呈酸性，阳极本身简洁被腐蚀。
电渗析
电渗析的极化现象对电渗析的运行有很大影响：
（1）极化时一部分电能消耗在水的电离上，使电流效率下降； （2）极化时，在浓水侧的阴膜界面上形成沉淀会堵塞水流通道。 （3）由于沉淀和结垢的影响，膜性能发生变化，机械强度下降， 膜电阻增大，缩短了膜的使用寿命。
为了避免极化和结垢，目前采用的措施包括： （1）控制工作电流密度在极限电流密度下运行；
反 渗 透
纯水制备流程示意图
压力 大分子 供水 超滤膜 水 盐 超滤过程 压力（要大于渗透压力） 盐 大分子 供水 反渗透膜 水 反渗透
超 滤 与 反 渗 透 的 区 别 示 意
渗透：是指稀溶液中的水分子自发地透过半透膜进入浓溶液的过 程。 渗透压：是指某溶液在自然渗透过程中，浓溶液液面不断升高， 稀溶液液面相应降低，直到两侧形成的水柱压力抵消了水分子的 迁移，溶液两侧的液面不再变化，渗透达到平衡点，此时的液柱 高差称为该溶液的渗透压。
电渗析器组装
–膜对：由1张阳膜、1张淡水隔板， 1张阴膜、1张浓水隔板按一定顺序组成的 电渗析器膜堆的最小脱盐单元 –膜堆：若干模对的集合体 –级：电渗析器中一对电极之间所包含的膜堆称为一级，一台电渗析器的电极 对数就是这台电渗析器的级数
–段：电渗析器中淡水水流方向相同的膜堆称为一段
–台：用锁紧装置将电渗析器各部件锁紧成一整体称为一台电渗析器 –系列：将多台电渗析器串联起来成为一脱盐整体称为一系列
渗透压的计算：渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和温度而与半透膜本身 无关。计算公式如下（仅适用于稀溶液）： π＝CRT π— 渗透压（kg/cm2） C — 离子浓度差（摩尔/升） R — 气体常数（等于0.082升· 大气压/摩尔· °k） T — 绝对温度（°k）
电渗析的原理及主要应用
电渗析的原理及主要应用1. 电渗析的基本原理电渗析是一种将离子或分子从溶液中分离出来的分离技术。
它是利用电场作用力和渗透作用力的综合作用来实现的。
下面是电渗析的基本原理：•电场作用力：当电流通过由两个电极构成的离子选择膜时，电流通过离子选择膜产生电场，离子会受到电场力的作用而被迫迁移，使得带电的离子在电场中得到分离和运移。
•渗透作用力：渗透力是由渗透系数和浓度梯度共同决定的。
溶液中浓度高的离子在自由扩散作用下会通过溶剂透过选择膜渗透到低浓度的侧面，从而使离子在选择膜中得到分离。
•离子选择膜：离子选择膜是一种具有特殊结构和特定通透性的薄膜，可以允许特定的离子或分子通过，同时阻止其他离子或分子通过。
根据要分离的物质不同，选择膜的选择也不同。
2. 电渗析的主要应用2.1 分离离子电渗析技术广泛应用于离子的分离、提纯和浓缩。
其主要优点包括可高效分离、操作简单、良好的选择性以及适用于各种离子体系等。
一些常见的应用包括：•水处理：电渗析可用于水处理过程中，如海水淡化、废水处理和饮用水净化。
通过电渗析可以去除水中的盐分、重金属离子和其他有害物质，提高水质。
•电解质的纯化：电渗析可以用于质谱仪和其他分析仪器中对电解液的纯化，可以从混合溶液中有效地去除杂质离子，提高质谱的灵敏度和准确性。
•医药领域：电渗析可以用于制备高纯度的药物中间体和生物活性物质，如合成肽的纯化、蛋白质的分离和纯化等。
•化学工业：电渗析可以用于产业分离、物质浓缩和废水处理中的离子分离任务，有助于提高工业生产的效率和产品质量。
2.2 生物医学领域电渗析在生物医学领域也有广泛应用：•细胞和组织工程：通过电渗析，可以自由地控制细胞外环境中的离子浓度，使得细胞和组织得到更好的生长和分化。
•药物输送：电渗析可以用于药物的有效输送和释放，例如通过改变渗透膜的电荷特性来控制药物的释放速率和输送方向。
•生物分析：电渗析可以用于生物样品的预处理、测定和分离，如血液分析中对离子、蛋白质和药物的测定。
电渗析器基本知识
一、工作原理电渗析器除盐的基本原理，是利用离子交换膜的选择透过性。
阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻挡阴离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移，使一路水中大部份离子迁移到另一路离子水中去，从而达到含盐水淡化的目的。
二、构造及组装方式1、构造：电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分构成。
(1)膜块：是由相当数量的膜对组装而成的。
膜对：是由一张阳离子交换膜，一张隔板甲(或乙);一张阴膜，一张隔板乙(或甲)组成。
离子交换膜：是电渗析器的关键部件。
隔板：分浓、淡水隔板，交替放在阴阳膜之间，使阴膜和阳膜之间保持一定的间隔，沿着隔板平面通过水流，垂直隔板平面通过电流。
隔板厚离0.9毫米。
(2)极区包括电极、极框和导水板。
电极：为连接电源所用，本厂电极采用钛涂钌。
极框：放置在电极和膜之间，以防膜帖到电极上去，起支撑作用。
(3)压紧装置：是用来压紧电渗析器，使膜堆、电极等部件形成一个整体，不致漏水。
2、组装方式：电渗析器的组装是用“级”和“段”来表示，一对电极之间的膜堆称为“一级”。
水流同向的每一个膜称为“一段”。
增加段数就等于增加脱盐流程，也就是提高脱盐效率，增加膜对数，可提高水处理量。
电渗析器的组装方式可根据淡水产量和出水水质的不同要求而调整，一般有以下几种组装形式：一级一段;一级多段;多段一段;多级多段。
三、辅助设备电渗析器除本体以外尚须配备整流器、过滤器、酸洗设施，水泵仪表等辅助设备。
说明：(1)适用于原水含盐量≤800毫克/升，如原水含盐量>800毫克/升时，则需根据含盐量调整整流器的型号。
(2)电渗析器除盐率计算采用DDS-11A型电导仪，配套供给。
(3)当采用浓水循环系统时，需配置浓水箱及水泵，浓水箱可用塑料水箱，其容积约相当于淡水量的40%。
四、应用范围电渗析器具有工艺简单，除盐率高，制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点，广泛应用于水的除盐，具体应用在如下场合：海水及苦咸水淡化，根据我公司的试验资料，可将含盐量高达60克/升的苦咸水淡化成饮用水，解决沙漠地区的饮用水源。
电渗析
2.液膜类型
内相
外相
①浸渍型：以多孔高分子膜作 由于将液膜含浸在多孔支撑体上，可以承 受较大的压力，且具有更高的选择性，可 为支架 , 使液体膜溶液 ( 有机 以承担合成聚合物膜不能胜任的分离要求。 溶剂 ) 浸渍在其孔穴部位 , 并 通常孔径越小液膜越稳定，但孔径过小将 使空隙率下降，从而将降低透过速度，存 在内外相均接触水溶液。 在传质面积小。
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膜支架
O
3. 液膜分离原理
C 液料 液料 液膜 R C+R→P 液膜 液料 液膜
R1
C+R1 → P1
(c) 膜中化学反应
主要过程对电渗析有利，次要过程均会影响电渗析的除盐 或浓缩效率，增加电耗。设计中，应选择理想的离子交换膜和 最佳的操作条件，设法消除或改善这些不利影响。
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极化与极限电流浓度
• 电渗析过程中，膜内反离子的迁移数大于溶液中的迁移数，从而造 成淡水室中在膜与溶液的界面处形成离子亏空现象，当操作电流密 度增大到一定程度时，主体溶液内的离子不能迅速补充到膜的界面 电渗析的极化现象对电渗析的运行有很大影响： 上，从而迫使水分子电离产生H+和OH—来负载电流，这就是电渗 （ 1）极化时一部分电能消耗在水的电离上，使电流效率下降； 析的极化现象。
2）极化时，在浓水侧的阴膜界面上形成沉淀会堵塞水流通道。 • （ 电流密度是指单位面积膜通过的电流，使水分子产生离解反应时的 操作电流密度称为极限电流密度。 （ 3）由于沉淀和结垢的影响，膜性能发生变化，机械强度下降， 膜电阻增大，缩短了膜的使用寿命。
为了避免极化和结垢，目前采用的措施包括：
•
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纳滤膜及其技术的应用领域
电渗析的工作原理
电渗析的工作原理
电渗析是一种基于电化学原理的分离技术，其工作原理如下：
1. 电渗析池构成：电渗析池由两个并排的电极（阳极和阴极）和一个用来分隔阳阴极间电解液的渗析膜组成。
2. 渗析膜的选择：渗析膜的选择很重要，它需要具有较好的选择性和电导性能，以确保只有某种特定离子能通过。
3. 电极极性：正极（阳极）上具有高浓度的金属离子，负极（阴极）上则是纯溶液。
4. 电场作用：通过外加电场（直流或交流）作用于电解液，正离子向阴极移动，负离子向阳极移动，形成电迁移流。
5. 渗析膜限制：由于渗析膜的特性，只有特定的离子能够通过渗析膜进入对应的电极。
6. 离子分离：在渗析膜中，离子根据电荷和不同的离子迁移度的大小，逐渐分离。
7. 收集产物：分离后的纯离子在电极处被收集。
通过以上步骤，电渗析实现了对溶液中不同离子的分离和富集，从而达到了分离目的。
电渗析技术
膜堆：
其结构单元包括阳膜、隔板(浓、淡水室)、阴膜，一 个结构单元也叫一个膜对。 一台电渗析器由许多膜对 组成，这些膜对总称为膜堆。 隔板常用l～2mm的硬聚氯乙 烯板制成，板上开有配水孔、 布水槽、流水道、集水槽和集 水孔。隔板的作用是使两层膜 间形成水室，构成流水通道， 并起配水(淡化室)和集水(浓缩 室)的作用。
基本条件：
（1）离子交换膜的选择透过性 （2）直流电场
1.1 电渗析的定义
离子交换膜：离子交换膜的实质是渗析膜，对阴、阳离
子具有选择透过性。离子交换膜具有选择透过性是由于膜 上的固定离子基团吸引膜外溶液中异种电荷离子，使它能 在电位差或同时在浓度差的推动下透过膜体，同时排斥同 种电荷的离子，拦阻它进入膜内。
2.2 电渗析器的介绍
电渗析器(electordialyzer)简称ED，利用电渗析原理， 在离子交换膜和直流电场的基本条件下，使电解质的离 子产生选择性迁移，可实现溶液的淡化、浓缩、精制或 纯化等工艺过程的设备。
2.2 电渗析器的介绍
电渗析器的构造由膜堆、极区和压紧装置三
大部分构成。
2.2 电渗析器的介绍
1.2 电渗析的原理
（2）从作用机理来说，离子交换属于 离子转移 置换，离子交换树脂在过程中发生离子交换反应。 而电渗析属于离子截留置换，离子交换膜在过程 中起离子选择透过和截阻作用。所以更精确地说， 应该把离子交换膜称为离子选择性透过膜； （3）电渗析的工作介质不需要再生，但消耗电 能；而离子交换的工作介质必须再生，但不消耗 电能。
①非均相(异相)离子交换膜。指由离子交换树脂的细粉末
和起粘合作用的高分子材料经加工制成的离子交换膜。 （树脂分散在粘合剂中，因而在膜结构上是不连续的，固 称为异相膜）。 ②均相离子交换膜。由具有离子交换基团的高分子材料直 接制成的连续膜，或是在高分子膜基上直接接上活性基团 而成的。（膜中离子交换基团与成膜的高分子材料发生化 学结合起来，其组成完全均一，故称之为均相膜） ③半均相离子交换膜。成膜的高分子材料与离子交换基团 组合得十分均匀，但它们之间并没有形成化学结合。
电渗析知识
超
超滤膜
滤
水盐
与 反
超滤过程
渗
透
压力（要大于渗透压力）
的
盐 大分子
区
供水
别
反渗透膜
示
意
水
反渗透
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超滤的截留机理：主要是物质在膜表面及微孔内的吸附、在孔 内的停留（阻塞）、膜表面的机械截留（筛分）、架桥截留和 膜内部网络截留。
机械截留
吸附截 架桥
留
截留
膜表面截留
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膜内部网络截留
超滤在水处理的应用
最-6- 佳的操作条件，设法消除或改善这些不利影响。
极化与极限电流浓度
• 电渗析过程中，膜内反离子的迁移数大于溶液中的 迁移数，从而造成淡水室中在膜与溶液的界面处形
电成渗离析子的亏极空化现现象象对，电当渗操析作的电运流行有密很度大增影大响到：一定程度 （1时）极，化主时体一溶部液分内电的能离消耗子在不水能的迅电速离补上充，到使电膜流的效界率面下上降，； （2从）极而化迫时使，水在分浓子水电侧离的阴产膜生界H面+和上O形H成—沉来淀负会载堵电塞流水，流这通道。
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电渗析装置示意动画
2.电渗析器装置与组装
主要部件 离子交换膜：组装前膜预处理，操作溶液浸泡24-48小时，停运时充满溶液 隔板：膜的支撑体，保持膜间距，水流通道；浓、淡室隔开 电极：要求耐腐蚀、导电性能好 夹紧装置：把极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体
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电渗析器组装
–几个术语：
–膜对：由1张阳膜、1张淡水隔板， 1张阴膜、1张浓水隔板 按一定顺序组成的电渗析器膜堆的最小脱盐单元
–膜堆：若干模对的集合体 –级：电渗析器中一对电极之间所包含的膜堆称为一级，一台
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电渗析知识
电渗析利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子(如离子)的方法称为渗析。
在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子(如离子)通过膜而迁移的现象称为电渗析。
利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法，它是20世纪50年代发展起来的一种新技术，最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中处理三废最受重视，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。
电渗析与近年引进的另一种膜分离技术反渗透相比，它的价格便宜，但脱盐率低。
当前国产离子交换膜质量亦很稳定，运行管理也很方便，自动控制频繁倒极电渗析(EDR)，运行管理更加方便。
原水利用率可达80%，一般原水回收率在45-70%之间。
电渗析主要用于水的初级脱盐，脱盐率在45-90%之间。
它广泛被用于海水与苦咸水淡化;制备纯水时的初级脱盐以及锅炉、动力设备给水的脱盐软化等。
实质上，电渗析可以说是一种除盐技术，因为各种不同的水(包括天然水、自来水、工业废水)中都有一定量的盐分，而组成这些盐的阴、阳离子在直流电场的作用下会分别向相反方向的电极移动。
如果在一个电渗析器中插入阴、阳离子交换膜各一个，由于离子交换膜具有选择透过性，即阳离子交换膜只允许阳离子自由通过，阴离子交换膜只允许阴离子以通过，这样在两个膜的
中间隔室中，盐的浓度就会因为离子的定向迁移而降低，而靠近电极的两个隔室则分别为阴、阳离子的浓缩室，最后在中间的淡化室内达到脱盐的目的。
实际应用中，一台电渗析器并非由一对阴、阳离子交换膜所组成(因为这样做效率很低)，而是采用一百对，甚至几百对交换膜，因而大大提高效率。
一、应用范围
目前电渗析器应用范围广泛，它在水的淡化除盐、海水浓缩制盐精制乳制品，果汁脱酸精和提纯，制取化工产品等方面,还可以用于食品，轻工等行业制取纯水、电子、医药等工业制取高纯水的前处理。
锅炉给水的初级软化脱盐，将苦咸水淡化为饮用水。
电渗析器适用于电子、医药、化工、火力发电、食品、啤酒、饮料、印染及涂装等行业的给水处理。
也可用于物料的浓缩、提纯、分离等物理化学过程。
电渗析还可以用于废水、废液的处理与贵重金属的回收，如从电镀废液中回收镍。
二、基本性能
(1)操作压力0.5─3.0kg /cm2左右
(2)操作电压、电流100─250V，1─3A
(3)本体耗电量每吨淡水约0.2─2.0度
三、电渗析法的特点为
①可以同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、提纯作用;
②可以用于蔗糖等非电解质的提纯，以除去其中的电解质;
③在原理上，电渗析器是一个带有隔膜的电解池，可以利用电极上的氧化还原效率高。
四、在电渗析过程中，也进行以下次要过程
①同名离子的迁移，离子交换膜的选择透过性往往不可能是百分之百的，因此总会有少量的相反离子透过交换膜;
②离子的浓差扩散，由于浓缩室和淡化室中的溶液中存在着浓度差，总会有少量的离子由浓缩室向淡化室扩散迁移，从而降低了渗析效率;
③水的渗透，尽管交换膜是不允许溶剂分子透过的，但是由于淡化室与浓缩室之间存在浓度差，就会使部分溶剂分子(水)向浓缩室渗透;
④水的电渗析，由于离子的水合作用和形成双电层，在直流电场作用下，水分子也可从淡化室向浓缩室迁移;
⑤水的极化电离，有时由于工作条件不良，会强迫水电离为氢离子和氢氧根离子，它们可透过交换膜进入浓缩室;
⑥水的压渗，由于浓缩室和淡化室之间存在流体压力的差别，迫使水分子由压力大的一侧向压力小的一侧渗透。
显然，这些次要过程对电渗析是不利因素，但是它们都可以通过改变操作条件予以避免或控制.。