电渗析
实验电渗析
实验电渗析
电渗析实验，又称为电泳实验，是利用物质在电场中的电泳运动及色谱的原理来将物质分离的实验，其原理是由于某些物质在电场中具备不同的带电性或者带电量，使这些物质在电场中产生电泳运动，而不同物质在电泳运动中会有所不同，从而将这些物质分开，以达到分离的目的。
电渗析实验的步骤非常简单，首先在实验环境中，准备好将要进行分离的物质，如蛋白质、核酸或者基因，然后准备好电极、碱性缓冲液，并将所有材料放入可以施加电压的容器中，容器常用的有盒形柱形容器或带玻璃杯头的玻璃管。
在容器中施加一定强度的电压，并另外准备一个盒形容器作为电极，放在电极容器中用于收集物质，然后将两个容器连接起来，打开电源，控制电压，开始细胞或者分子在受到定向电场的作用下的运动，最后产生的带电的物质会在两个容器之间的电场作用下聚集，实现分离的目的。
电渗析实验的步骤虽然很简单，但是非常有用，可以实现分子级到细胞级分子的快速分离和检验，并且在诊断、分配新物种、生物化学等领域发挥着很大的重要作用。
电渗析实验属于高级分离技术，除此之外，还可以通过微量精确离心、液体色谱分离等方法来达到良好的分离效果，建议实验室应该根据自己的实验需求选择合适的方法。
电渗析法——精选推荐
电渗析法百科名片电渗析法是利用电场的作用，强行将离子向电极处吸引，致使电极中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的。
一般情况下水中离子都可以自由通过交换膜，除非人工合成的大分子离子。
电渗析与电解不同之处在于：电渗析的电压虽高，电流并不大，维持不了连续的氧化还原反应所需；电解却正好相反。
电渗析广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸、海水淡化、环境保护等领域。
目录编辑本段电渗析法（electrodialysis【ED】）指的是在外加直流电场的作用下，利用阴离子交换膜和阳离子交换膜的选择透过性，使一部分离子透过离子交换膜而迁移到另一部分水中，从而使一部分水淡化而另一部分水浓缩的过程。
编辑本段基本原理和特点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；网膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。
结果佼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。
电渗析和离子交换相比，有以下异同点：（1）分离离子的工作介质虽均为离子交换树脂，但前者是呈片状的薄膜，后者则为圆球形的颗粒；（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。
电渗析法处理废水的特点是；不需要消耗化学药品，设备简单，操作方便。
编辑本段电潜桥膜利用电渗析原理进行脱盐或处理废水的装置，称为电渗析器。
(1)电渗析器的构造它由膜堆、极区和压紧装置三大部分构成。
1)膜堆：其结构单元包括阳膜、隔板、阴膜，一个结构单元也叫一个膜对。
电渗析
离子迁移 情况如图9-10所示，在直流电场作用下，淡 化室（如D）中的阳离子向阴极方向移动并透过阳膜进 入右侧浓缩室，淡化室中的电解质（NaCl）浓度逐渐 减小，最终被除去。在浓缩室（如E）中阳离子趋向阴 极时，受到阴膜的阻挡留在浓缩室中，阴离子趋向阳 极室时受到阳膜的阻挡留在浓缩室中。
离子交换膜是电渗析装置的关键部件，一般认为 实用的离子交换膜应具备： 良好的选择透过性（衡量膜性能的主要指标） 较小的膜电阻 较好的化学稳定性 较高的机械强度和适宜的抗溶胀性能 较低的扩散性能和价格 膜的选择透过性的优劣用离子迁移数和膜的选择透过 度来表示 膜的选择透过度P是膜在一定的条件下，反离子在膜内 迁移量与理想膜的迁移数的增加值之比：
极限电流密度是使膜界面层中产生极化现象时的电 流密度。 减小边界层厚度可以使极限电流密度增大,进而可 以 尽可能的减小极化现象,有助于电渗析过程的进行。
5.电渗析技术的优缺点
• 优点：
• 1.能量消耗少。运行过程中，不发生相的变化，只是用 电能来迁移水中已解离的离子，耗能与水中的含盐量成 正比。 • 2.药剂耗量少，环境污染小。离子交换法处理时，交换 树脂失效，需用大量酸碱再生，水洗时有大量酸碱排出 ；而电渗析处理水时，仅酸洗时需要少量酸。 • 3.设备简单，操作方便。材料为高分子材料，抗化学污 染和抗腐蚀性能好。运行中，不需用酸碱进行反复的再 生处理。 • 4.设备规模和拖延浓度范围的适应性大。 • 5.以电为动力，运行成本较低。
电渗析法-
电渗析法电渗析法是一种利用电场和膜透析原理相结合的隔膜分离技术，可以用于分离、纯化各种化合物，尤其是水中的离子和小分子有机化合物。
电渗析法具有高效、连续、自动化、对环境污染小等优点，因此在水处理、制药、化工等领域得到了广泛应用。
电渗析法的原理是利用电场作用于带电离子在带电膜上移动，离子会被挤出水分子并被膜固定。
随着时间的推移，离子在膜内聚集，随后被移除。
在电渗析过程中，离子通过离子交换膜向外移动，而水分子则通过通透性高的汲水膜进入电池中。
电渗析法的设备主要包括电渗析池、离子交换膜、汲水膜、运动电场、pH 控制系统等。
其中，离子交换膜是电渗析法的关键部件，其作用是选择性地将带电离子从水中分离出来。
汲水膜则是用于防止水分子进入离子交换膜内，从而防止水分子与带电离子混合。
在电渗析法的实际应用中，首先是将待处理溶液注入电渗析池内，然后加入一些化学试剂调节溶液的pH值和离子浓度。
接着开启电场和水流控制系统，水分子流入汲水膜，而离子通过离子交换膜开始向外移动。
当移动到膜的另一侧时，离子会被收集起来用于后续的分离和纯化。
电渗析法的分离效率受多种因素的影响，如电场强度、交换膜种类、溶液pH值、交换膜邻近环境中的离子浓度等。
在设计电渗析系统时，需要根据待处理溶液的特性和要求，结合上述因素进行优化，以达到最佳的分离效果。
总体来说，电渗析法具有高效、节能、环保等优点，在水处理、食品加工、化学品制造和环境保护等领域都有着广泛应用前景。
随着科技的不断进步和工业需求的不断提高，电渗析法的技术创新和应用研究也将得到更多关注和支持。
电渗析的工作原理
电渗析的工作原理
电渗析（Electrodialysis，简称ED）是一种利用电场作用下的离子选择性透析现象来实现离子选择性透析分离的技术。
它是一种利用电场作用下的离子选择性透析现象来实现离子选择性透析分离的技术。
电渗析技术已经在水处理、食品加工、药品制备等领域得到了广泛应用。
电渗析的工作原理主要包括两个基本过程，电场驱动和离子选择性透析。
在电渗析过程中，通过外加电场，正负离子被分别迁移至阳极和阴极，从而实现了离子的分离。
这种分离是基于膜的选择性透析特性，即膜对不同离子的透析速率不同，从而实现了对混合离子溶液的分离。
在电渗析设备中，通常会采用阳离子交换膜和阴离子交换膜来实现对离子的选择性透析。
阳离子交换膜具有对阴离子通透性，而阴离子交换膜则具有对阳离子通透性。
当混合离子溶液通过这两种离子交换膜时，根据离子的电荷和大小，它们会被分别迁移至阳极和阴极，从而实现了离子的分离。
电渗析技术的工作原理在实际应用中具有重要意义。
首先，它可以实现对混合离子溶液的高效分离，从而得到纯净的产物。
其次，它可以实现对水中的离子、微污染物的去除，达到水处理和净化的目的。
此外，电渗析还可以用于食品加工、药品制备等领域，实现对离子的选择性提取和分离。
总的来说，电渗析是一种利用电场驱动下的离子选择性透析现象来实现离子分离的技术。
通过对离子交换膜的选择和电场的控制，可以实现对混合离子溶液的高效分离，具有广泛的应用前景和重要的工程价值。
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）
电渗析法除氟离子原理
电渗析法除氟离子原理1. 引言1.1 电渗析法的概念电渗析法是一种利用电场作用下对离子进行分离的方法。
在电渗析过程中，离子在电场力的作用下会向电极的方向迁移，从而实现离子的分离和浓缩。
这种方法可以有效地去除水中的重金属离子、有机物离子以及微量元素离子等。
电渗析法具有操作简单、成本低廉、效率高等优点，在水处理领域有着广泛的应用前景。
电渗析法在除氟离子中的应用意义主要体现在可以高效、快速地去除水中的氟离子，减少水污染，保障公共水源的安全。
随着工业发展和生活水平的提高，水体中氟离子超标的问题日益突出，采用电渗析法进行处理不仅可以提高水质，还可以减少对环境的污染。
电渗析法在除氟离子中的应用意义十分重要。
1.2 电渗析法在除氟离子中的应用意义电渗析法可以避免使用化学药剂或其他对人体有害的物质，对环境友好。
传统的除氟方法常常需要使用大量化学药剂，这不仅增加了操作成本，还可能对环境造成二次污染。
而电渗析法通过物理分离的方式去除氟离子，不会产生二次污染，对环境影响较小。
电渗析法可以稳定性好，操作简单，适用范围广。
无论是对于工业废水、生活污水还是地下水中的氟离子去除，电渗析法都能够起到良好的效果。
电渗析法在操作上相对简便，只需较少的设备和人力投入，适用于各种规模的水处理系统。
电渗析法在除氟离子中的应用意义是非常重要的。
它不仅可以解决水质污染问题，还能够保护环境和人类健康，具有广阔的应用前景和社会意义。
2. 正文2.1 电渗析法的原理电渗析法是一种利用电场作用下离子在液体中移动的方法，通过在电场中引入吸附物质，利用电渗析过程将目标离子从溶液中分离出来的技术。
其原理是利用所施加的电场作用下，带电粒子在电场力和液流力的共同作用下，沿着电场方向迁移，从而实现溶液中带电物质的分离和浓缩。
电渗析法操作步骤包括：1. 准备电渗析设备，包括电解槽、电极、电源等；2. 调节电渗析设备中的电场强度和方向；3. 将含有目标离子的溶液置于电解槽中；4. 在合适的条件下进行电渗析操作，让目标离子在电场作用下迁移；5. 收集目标离子的产物。
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
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直流电场下，双极 性膜可将水离解， 能够将水分离成H+与 OH- 两种离子，可作 为H+与OH-的供应源。
离子交换膜的主要性能
交换容量（IEC）：每克干膜所含活性基团的毫克当量数， 单位为meq/g交换容量高，选择透过性好，导电能力强 ，但溶胀度大，影响机械强度一般约为2～3meq/g 含水量：膜内与活性基团结合的内在水，以每克干膜含水 质量表示，一般含水量为20-40% 膜电阻：关系工作所需电压和电能消耗，通常越小越好 选择透过度：常用反离子迁移数和膜的透过度来表示一般 要求大于85%，反离子迁移数大于0.9，并希望在高浓度 电解质中仍有良好的选择透过性。
膜堆
二、电渗析器的组装
电渗析器的组装依其应用不 同而有所不同。其组装的情 况是用级和段来表示的。 级：一对正、负电极之间的 膜堆称为一级； 段：具有同一水流方向的并 联膜堆称为一段。
三、电渗析器的级与段
一级一段特点是产水量与膜对数成正比，脱盐率取 决于一块隔板的流程长度，常用于大、中制水厂 ，可含200～360个膜对； 二级一段（多级一段）使操作电压降低，便于低操 作电压下获得高产水量； 一级两段可增加脱盐流程长度，提高脱盐率，适用 于单台电渗析器一次脱盐，中、小型制水厂； 多级多段发挥两者优点，同时满足对产量和质量的 要求。
天融净化公司的电渗析器具除盐率
海水、盐泉卤水制盐
电渗析浓缩海水蒸发结晶制备食盐，不受地 理气候限制，易于自动化和工业化
废水处理
⑴ 造纸工业废水处理，利用电渗析法处理造纸工业的亚硫酸 纸浆废液和洗浆废水及碱法造纸黑液，从中回收化学药品 ，已得到工业应用。 ⑵ 从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠。 ⑶ 从酸洗废液中制取硫酸和沉淀重金属离子。 ⑷ 电镀废水和废液处理，含Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等 重金属离子和氰化物的电镀废水都适宜用电渗析法处理， 其中应用最成熟的是含镍废水处理。 ⑸ 从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋。
离子交换膜的组成
在宏观形态上离子交换膜是片状薄膜，而离子 交换树脂是颗粒状的，但微观结构基本相同。
特殊离子交换膜
双极膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做 成，具有方向性的电阻。当阳膜面朝向阴极，阴膜面朝 向阳极时，正、负离子都不能透过膜，显示出很高的电 阻。当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两侧相 应的离子进入膜中。
电渗析
定义
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。 电渗析是在直流电场作用下，溶液中的带 电的溶质粒子（如离子）选择性地通过离子 交换膜的过程。主要用于溶液中电解质的分 离。
分离目的：溶液脱小离子、小离子溶质的浓 缩、小离子的分级 透过组分：小离子组分
截留组分：同名离子、大离子和水
脱除有机物中的盐分
医药：葡萄糖、甘露醛、氨基酸、维生素C，中草 药等脱盐 中草药有效成分的分离和精制，可通过电渗析把中 草药提取液分离成无机阳离子和生物碱、无机阴离 子和有机酸、中性化合物和高分子化合物三部分 食品：牛乳、乳清等脱盐
ห้องสมุดไป่ตู้
超滤、反渗透、 电渗析组合工 艺提取甘露醇
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电渗析过程的两个基本条件
直流电场的作用
使溶液中正、负离子分别向阴极和阳极做定向 迁移
离子交换膜的选择透过性 使溶液中的带电离子在膜上实现反离子迁移
电渗析过程中的传递现象
电渗析装置在运行过程中的传递现象是非常复杂 的。对NaCl水溶液进行电渗析时，具有几种传递 现象发生。 1、反离子迁移 2、同名离子的迁移 3、电解质的渗析 4、水的渗透 5、水的分解 6、水的电渗析 7、压差渗透
电渗析的应用
水的纯化
海水、苦咸水、自来水制备初级和高级纯水的重 要方法，一般采用离子交换树脂组合工艺，但注 意电渗析不能出去非电解质杂质。
与其它纯水(或淡化水)的方法相比较，电渗析设 备的电渗析法纯化水特点是：电渗析法脱盐的耗 电量与脱除的盐量是成正比的，原水水质的含盐 量较高，淡化的成本也很高。 电渗析法更适合含盐低的苦咸水淡化。
四、实际应用的电渗析器
五、电渗析器的性能指标
淡水产量
脱盐率 电能消耗 电流效率
第六节
电渗析的脱盐过程
新型的电渗析过程
填充混合离子交换树脂电渗析过程 含离子交换膜的Donnan渗析
双极膜是阴、阳膜紧密相邻或结合而成，直 流电场下可将水离解 双极性膜单独使用可实现电解反应；与阳膜 和阴膜组合使用可实现离子交换反应，可将 盐转化成相应的酸与碱、可从氨基酸盐制备 氨基酸。
离子交换膜的性能要求
选择透过性高，要求在95%以上； 导电性好，要求其导电能力应大于溶液的导电能力； 交换容量大； 溶胀率和含水率适量； 化学稳定性强； 机械强度大。
电渗析器
一、电渗析器的主要结构
电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分组成 常用基本术语包括膜对、级、段等 膜对：由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（ 浓）水室隔板交替排列成浓水室和淡水室，最小 电渗析工作单元 膜堆由一系列膜对组成，位于电渗析器的中部。 极区由托板、电极、极框和弹性垫板组成 压紧装置由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜 堆组成不漏水的电渗析器整体
离子交换膜的分类
按活性基团的不同分为阳离子交换膜、阴离于交换膜和特 殊离子交换膜 1)阳离子交换膜：指能离解出阳离子的离子交换膜，或者 说在膜结构中合有酸性活性基团的膜。它能选择性地透 过阳离子，而不让阴离子透过。 2)阴离子交换膜：指能离解出阴离子的离子交换膜，或者 说在膜结构中合碱性活性基团的膜。它能选择性透过阴 离子，而不让阳离子透过。 3)特殊离子交换膜(复合膜)：这种膜由一张阳膜和一张阴 膜复合而成。两层之间可以隔一层网布(如尼龙布等)， 也可以直接粘贴在一起。工作时，阴膜对阳极，阳膜对 阴极。由于膜外的离子无法进入膜内，致使膜间的水分 子被电离，H+离子透过阳膜，趋向阴极;OH-离子透过阴 膜，趋向阳极，以此完成传输电流的任务。
离子交换膜的选择透过性
1.孔隙作用——只有当被选择的离子的水合 半径小于空隙半径时，该离子才能透过膜。 2.静电作用——根据同电性相斥、异电性相 吸的静电作用规律，阳膜选择吸附阳离子， 阴膜选择吸附阴离子。 3.扩散作用——膜对溶解离子具有传递迁移 能力。由吸附-解吸-迁移的方式，把离子从 膜的一端输到另一端。
推动力：电化学势-渗透
传递机理：反离子经离子交换膜的迁移
膜类型：离子交换膜
工作原理
在正负两电极之间交替地平行 放置阳离子和阴离子交换膜， 依次构成浓缩室和淡化室，当 两膜形成的隔室中充入含离子 的溶液并接上直流电源后，溶 液中带正电荷的阳离子在电场 力作用下向阴极方向迁移，穿 过带负电荷的阳离子交换膜， 而被带正电荷的阳离子交换膜 所挡住，这种与膜所带电荷相 反的离子透过膜的现象被称为 反离子迁移。
离子交换膜
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透 过能力的高分子膜。因为一般在应用时主要是利用它的离子选 择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。 离子交换膜按功能及结构的不同，可分为阳离子交换膜、阴 离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物 膜五种类型。
离子交换膜分均相膜和非均相膜两类，它们可以采用高分子 的加工成型方法制造。 无论是均相膜还是非均相膜，在空气中都会失水干燥而变脆 或破裂，故必须保存在水中。
注意！离子交换膜的作用并不是起 离子交换的作用，而是起离子选择 性透过作用！
静电作用、孔隙作用和扩散作用
电渗析的基本传质过程
对流传质——离子在格室主体溶液和扩散边界 层之间的传递； 扩散传质——离子在膜两侧的扩散边界层中的 传递；这是控制电渗析传质速率的主要因素。
电迁移传质——离子通过离子交换膜的传递。