电渗析
电渗析
膜支架
O
3. 液膜分离原理
C 液料 R C+R→P 液膜 液膜
R1
液料
液料 液膜
C+R1 → P1
(c) 膜中化学反应
(a)选择性渗透 (b)滴内化学反应 液料 液膜
(d)萃取和吸附
-32-
苯胺废水的分离处理： 取V油： V内水=1:1, （V油：煤油-磷酸三丁脂-Span80， V内水：稀盐酸液或稀硫酸液）； 高速搅拌一定时间，形成 O/W型乳液型液膜； 将O/W型乳液放入苯胺废水中，搅拌，分散，形成 W/O/W型 溶剂和表面活性剂的选择及用量、搅拌速 多重乳状液。
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 -9-
一对正、负电极之间的膜堆称为一级 具有同一水流方向的并联膜堆称为一段
-10-
组装形式：
可按级段组装成各种方式
增加级数可降低电渗析的总电压，增加段数可以增加脱盐流 程长度，提高脱盐率 一般每段内的膜对数为150-200对，每台电渗析器的总膜对 数不超过400-500对 附属设备 整流器、水质检测、水量计量、升压升泵、预处理装置、 进出水管路、酸洗设施等
电位差
浓度差
悬浮物、颗粒 筛分 物、纤维和细 菌 水、溶剂、离子 胶体、大分子 筛分 和小分子 不溶解的有机 0.0004-10μm 物 筛分+溶 溶质、二价盐、 水和溶剂 解/扩散 糖和染料 水、溶剂 溶质、盐（SS、 溶剂的 扩散 0.0004-0.06μm 大分子、离子） 电离离子 离子交 非解离和大分 换 0.0004-0.1μm 子物质 低分子物质、离 溶质扩 溶剂，分子量 子 >1000 散 0.0004-0.15μm
留的无机盐。
而且，纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同,对单价离子 的截留率低(10%-80%),对二价及多价离子的截留率明显
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。
电渗析原理
电渗析原理
电渗析是指利用电化学原理，通过电流的作用使液体中的离子分离并沉积在电极上的一种方法。
其原理基于电化学滤波和离子选择性膜的作用。
在电渗析过程中，准备两个电极并将其浸入待分离的液体中。
一个电极称为阳极，另一个电极称为阴极。
通常情况下，阳极为较高氧化还原电位的金属（如铂），而阴极为较低氧化还原电位的金属（如不锈钢）。
当外加电源施加电位差时，阳极上的电位较高，阴极上的电位较低，从而形成电场。
电场的作用下，液体中含有正电荷的离子（称为阳离子）向阴极迁移，而负电荷的离子（称为阴离子）则向阳极迁移。
这是因为阳离子的迁移速率较快，且受到电场力的作用使其向阴极方向移动；而阴离子则由于电场力的反向作用，移动速率较慢。
在电渗析过程中，还需要使用一个离子选择性膜，以只允许特定类型的离子通过。
这种离子选择性膜可以起到滤波的作用，使得特定离子能够通过而其他离子无法通过。
通过电渗析，我们可以将液体中的特定离子分离出来并沉积在电极上。
这对于分离和浓缩离子溶液、分析溶液中的离子种类和浓度等方面具有重要的应用价值。
电渗析的原理
电渗析的原理
电渗析是一种利用电场和化学分析技术来分离、检测和分析样品中的离子或分子的方法。
其原理是基于电迁移速度和分子尺寸的差异，通过在两极施加电场，将带电离子或分子引导至电解质介质中的微孔或毛细管内部。
在电场的作用下，离子或分子会受到电场力的驱动，在电解质介质中进行迁移。
由于离子或分子的尺寸、电荷状态以及电解质介质的性质不同，它们在电场中的迁移速度也会有所差异。
在电渗析过程中，通过调节电场强度和方向，可以实现样品的分离。
当电场强度较弱时，迁移速度较快的离子或分子会更早到达另一极，而迁移速度较慢的离子或分子会相对滞留在起始极。
通过收集这些到达目标极的离子或分子，可以进行后续的分析。
而当电场强度较强时，具有较高电荷状态的离子或分子将更容易被引导到目标极。
通过调节电场强度和方向，可以实现对样品中离子或分子的选择性收集和分离。
电渗析技术广泛应用于化学、生化、环境监测等领域，可以用于分离和分析溶液中的离子、有机化合物、蛋白质等物质。
其优点包括操作简便、分离效率高、灵敏度高，并且电解质介质可以根据需要进行选择，适用于不同样品类型的分析。
然而，电渗析也存在一些限制，例如迁移速度差异不大的离子或分子难以有效分离，离子或分子的迁移速度受到温度和电场强度的影响等。
为了克服这些限制，可以结合其他分离技术，如电泳和层析技术，实现更高效的样品分析和检测。
电渗析
最小需要能
• 从热力学论点出发，可以推到出电渗析最 小需要能E的表达式如下：
• N0是以当量/升为单位表示的离子物种浓度， f，P，C分别指进水流，制成水流和浓水流。 能量E一般用千瓦·时/千加仑制成水的单位 表示。
• 上式忽略了电极反应所消耗的功率，并且 只考虑进水流，制成流和浓水流的自由能。
• 它可的以主要采缺点用是：膜需堆之间对流或所有的•优这点种浓是布；水置管方道流案和的都阀
参要平数经，行常运调的行整比各方较项敏运式感行，运行。
门的尺寸小；不需 冉循环；所需的能
膜电阻的微量增加就
量最小。
会影响效率。
内部分级连续流系统
• 若要求的出水量不大，则选用内部分级的
单膜堆较为经济。
它的优点是：容易调 节除盐率；不需再加 压；仅需一对电极以
逐渐变成淡化水。
这样，在整个电渗析设备中，出现了 脱盐与浓缩两在个电系极统的。阴与、此阳同极时之，间在，将 电极和溶液的阳界离面子上交，换通膜过与氧阴化离、子还交换 原反应，发生电膜子交与替离排子列之，间井的用交特换制，的隔
即板电符极这反两应种。膜隔开，隔板内 行水流的通道。
而进入浓室的合盐水， 由于阳离子不能迁移透 过阴膜，阴离子迁移不 能透过阳膜，于是，含 盐水不断浓缩变成高浓
• 膜堆有膜片构成，膜片之间设有夹板和垫片，象 板框式压滤机一样组装而成。进出水口通常在垫 片或在膜片上冲眼而形成，然后冉组装杯一起。
• 与大多数化工工艺相似，电渗析除盐也可 以采取连续式或者分批式运行。连续运行 方式的电渗析一般有三种布置方案：多段、 内部分级和进入－渗出式。
多段式连续电渗析系统
• 废水除盐是电渗析的另一种用途。有人研 究用电渗析对农田径流进行反硝化处理。 生活污水处理厂出水的电渗析除盐正处在 研究中。
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
电渗析是一种利用电场作用下的溶液流动和质量传递现象的分离技术。
它是通过在两个电极之间施加电场，将带电粒子迁移至相应的电极上来实现物质的分离。
电渗析的工作原理基于电动势和电流的作用，其中电动势是通过施加电场产生的。
当电压施加在电渗析膜中时，电场会引起溶液中带电粒子的迁移。
溶液中的带电粒子在电场的作用下，沿着电场方向迁移，并通过电渗析膜上的孔洞或选择性通透材料进行传递。
传递过程中，溶液中的带电粒子会被电渗析膜上的孔洞或通透材料所阻隔，从而使其分离。
带电粒子在电渗析膜上的分离程度主要取决于粒子的大小、电荷以及膜的孔径大小和性质。
较大的粒子可能会被膜上较小的孔洞所阻挡，而较小的粒子则可以通过孔洞传递。
同时，电渗析过程中质量传递的方向也会受到电场的影响。
在正向电场下，阳离子会向负电极迁移，而阴离子则会向正电极迁移。
这样，阳离子和阴离子可以被有效地分离。
总的来说，电渗析利用电场的作用和溶液中粒子的大小、电荷等特性，通过电渗析膜上的通透孔洞或材料进行分离。
电渗析技术在水处理、药物制剂、化学分离等领域具有重要的应用价值。
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）
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1 电渗析技术概述
电渗析(ED)技术Il1是膜分离技术的一种，
1、1原理：是将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐(淡化)和浓缩两个系统，在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
1、2优点是：①能量消耗低；②药剂耗量少，环境污染小；⑧对原水含盐量变化适应性强；④操作简单，易于实现机械化、自动化；⑤设备紧凑耐用，预处理简单；⑥水的利用率高。
电渗析也有它自身的缺点：与反渗透(RO)相比，脱盐率较低。
在运行过程中易发生浓差极化而产生结垢；
1、3两个基本理论-解释离子交换膜的双电层理论和应用于膜两侧大分子渗透平衡以及离子交换树脂与电解质溶液间平衡的膜平衡理论
书本p118-119（规律）
1、4 传递现象书本p119
2 电渗析技术及其应用
2．1 电渗析技术发展简述
经历了三大革新：①具有选择性离子交换膜的应用网；②设计出许多层电渗析的组件；③采用倒换电极的操作式。
目前电渗析技术已发展成一个大规模的化工单元过程，在膜分离领域占有重要地位。
应用前景非常广阔。
2．2 几种常见的电渗析过程（6种）
2．2．1 倒极电渗析(EDR)
EDR为电渗析的应用前景提供了一个重要方向[，根据ED原理，每隔一定时间(一般为15-20min)，正负电极极性相互倒换(频繁倒极)，能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，以确保离子交换膜工作效率的长期稳定及淡水的水质水量。
在废水处理方面的应用有其独到之处，EDR 浓水循环，水回收率最高可达95％，它的服役寿命长，管理简单，与其他方法相比更有竞争力。
2．2．2 填充电渗析(EDI)
填充床电渗析(EDI)，它是将电渗析与离子交换法结合起来的一种新型水处理方法，它集中了电渗析和离子交换法的优点，并克服了它们各自的缺点，提高了极限电流密度和电流效率的作用。
在该过程中，粒子交换树脂颗粒填充在电渗析器的淡化室内外，被离子交换树脂吸附的离子在电场作用下不断迁移入浓水室，这样离子交换树脂不需要再生，而原料液中的离子几乎可完全被除去。
2．2_3 液膜电渗析(EDLM)
如果能将电渗析装置中的固态粒子交换膜用液膜来代替，就可以做成液膜电渗析(EDLM)，它对于浓缩和提纯贵金属、重金属、稀有金属等可能是一种高效分离方法。
提高电渗析的分离效率，直接与液膜结合起来是很有发展前途的。
例如，固体离子交换膜对铂族金属(锇，钌等)的盐溶液进行电渗析时，会在膜上形成金属二氧化物沉淀，这将引起膜的过早损耗，并破坏整个工艺过程，应用液膜则无此弊端。
2．2．4 高温电渗析
用电渗析法进行海水淡化时，由于耗电量高，处理费用大，因此很难普遍推广应用。
高温电渗析的优点在于能使溶液的粘度下降，提高扩散速度，增大溶液和膜的电导，从而可以提高允许密度，提高设备的生产能力或者降低动力消耗，从而降低处理费用。
通过实验，高温电渗析对提高电渗析的脱盐效率和降低能耗效果显著，尤其是对有余热可利用的工厂更为适宜。
2．2．5 离子隔膜电解
离子隔膜电解是将电解和膜分离过程结合起来的一种新工艺，最典型的例子就是氯碱工业过程。
2．2．6 双极性膜电渗析(EDMB)
双极性膜由层压在一起的阳离子交换膜、阴离子交换膜及两层膜之间的中间层构成。
当在阳极和阴极间施加电压时，电荷通过离子进行传递，如果没有离子存在，则电流将由水解离出的氢离子(H )和氢氧根离子(OH
一)传递。
目前双极性膜电渗析工艺的主要领域是从盐溶液中产酸
(H SO )和碱(NaOH)，但浓度(酸最大浓度2 mol／L，碱最大浓度6 mol ／L[ )和纯度两方面都受到限制。
现在开发的领域还有废气脱硫、离子交换树脂再生、钾钠的无机过程等。
2．3 电渗析技术的应用
饮用水、工业废水、医药用水处理以及食品、化学工业等领域，并取得了较好的效果，具有显著的社会效益和经济效益。
2．3．1 电渗析技术在水处理方面的应用（3方面）
2．3．1．1 工业废水处理
①造纸工业废水处理②重金属废水处理
⑧电镀废水处理④放射性废水处理
2．3．1．2 医药废水处理
制药厂废水中含有大量的有机物及许多有价值的物质，氨基酸就是其中的一种。
目前国内对这类废水的处理大部分都采用离子交换树脂来脱酸，这样树脂不可避免地要附上一部分氨基酸，树脂再生时这部分氨基酸就作为废液排放掉，造成资源的浪费。
2-3．1-3 饮用及过程水的应用
①苦咸水及海水淡化②海水浓缩制盐⑧纯水的制备
2．3．2 电渗析技术在食品和化学工业中的应用
电渗析技术在医药和食品工业的应用是近年来的一大热点，发展迅速，其主要应用是利用电渗析脱盐或将某一组分分离、提纯出来。
在食品工业中应用规模较大，但在医药工业大多数仍处于实验室规模。
2．3．2，l 食品工业的应用
①提取乳酸新技术②在食品精制方面的应用
2．3．2．2 化学工业的应用
①金属元素的分离
利用电渗析分离金属元素的方法有两种，一种是采用电渗析与配位化学结合的方法分离金属离子，如加入EDTA分离Co—Ni离子，现处于实验研究阶段；另一种是利用离子迁移速度的不同来进行分离，
②无机酸、碱、盐的提纯
以双极性膜电渗析技术在硅溶胶生产中的应用为例
图1为双极性膜电渗析器工作原理图．
双极性膜电渗析器由多张双极性膜与多张阳膜交替排列组成的膜堆和一对电极板构成．离子交换膜平行放置，将双极性膜电渗析器分隔成阳极室、多个碱室、多个酸室及阴极室．在直流电场作用下，双极性膜可将水解离成H 与OH一，H 与OH一分别从双极性膜的两侧出来进入酸室2和碱室1．原料液泡花碱通人酸室2，其中的Na 在电场作用下向阴极方向移动，通过阳离子膜进入碱室1，因此在酸室2中正好发生H 取代Na 生成硅溶胶的过程，于是泡花碱经酸室转化为硅溶胶．而经阳离子交换膜进入碱室的Na 则与0H 生成NaOH．
上述制备硅溶胶过程不需耗酸，且可连续生产，简化了过程与操作，在后续浓缩工序中可节省一半以上的蒸汽
3 展望
随着科研技术和科研条件的发展，电渗析技术的应用潜力将更多地被研究出来近年来研究利用电渗析杀灭饮用水的细菌和大肠杆菌，他们认为电渗析的杀菌效力是由于在阴、阳粒子交换膜附近分别产生的H 和OH一离子两者协同效应的结果，试验发现只要电流密度和数流速度选择合理，完全可以将饮用水中的细菌全部杀歹E，因此，电渗析系统有可能代替氯气，成为水处理一种新型实用灭菌方法。
此外，电渗析技术在海藻中提取碘、络合酮脱盐、人工肾、氧化钛颜料脱色、同价离子分离、电泳涂漆、铀电解还原、碱性氧化铝的制备、甲基丙烯聚合等方面的应用也已经开始研究。
因此，电渗析技术的应用前景是十分广阔的。