电渗析阴离子交换膜污染机理及抗污染表面改性研究
电渗析(ED)装置介绍讲解
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工程案例 二
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它是直流式和循环式除盐相结合的一种方式：在部分循环式除盐工艺系统中 ，电渗析器的出口淡水分成两路，一路连续出水供用户使用；另一路返回电渗析 器与水箱中水相混，继续进行除盐。其特点是用定型设备．可适用不同水质和水 量的要求。在原水含盐量变化时，可调节循环量去保持出水水质稳定，但系统较 复杂。
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电渗析法除盐工艺系统介绍 三
二)电渗析器与其他水处理设备的组合除盐系统 电渗析一般用于含盐量较高的苦咸水、高硬度水的部分除盐，以
作深度除盐的顶处理。由于电渗析法除盐有其适用范围．在应用中， 应根据原水水质和除盐水水质要求，与离子交换水处理技术等相结合 ，使其在水处理工艺中各自发挥其优势，以达到合理的技术经济效果 ，并能稳定运行。其常用的组合除盐水处理系统如下。 1．“预处理－电渗析－离子交换”的组合除盐系统 2．“预处理－离子交换－电渗析”的组合除盐系统 3．“预处理－离子交换(软化)－电渗析离子交换(软化)”的组合除盐 系统
装置。
： 二 结构 电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分构成。
1: 膜块；是由相当数量膜对组装而成。 a) 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。 b) 离子交换膜：是电渗析器关键部件，其性能影响电渗析器的离子迁移效率、能耗、抗
单价选择性电渗析对高盐废水一二价阴离子的分离
Separation of monovalent/divalent anions in high鄄salt wastewater by monovalent selective electrodialysis
第 41 卷第 9 期 圆园21 年 9 月
试验研究
工业水处理 陨灶凿怎泽贼则蚤葬造 宰葬贼藻则 栽则藻葬贼皂藻灶贼
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DOI院10.19965/ki.iwt.2020-1176
单价选择性电渗析对高盐废水一/二价阴离子的分离
李福勤袁朱 敏袁张引弓袁李佳宾
咱基金项目暂 河北省重点研发计划项目渊19213602D冤
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工业水处理 圆园21-09袁41渊9冤
李福勤袁等院单价选择性电渗析对高盐废水一/二价阴离子的分离
条件袁实现系统的优化袁以期为高盐废水处理实现 野零排放冶提供参考遥
1 实验部分
1.1 实验原理及流程 首 先 将 均 相 阴 离 子 交 换 膜 浸 泡 在 0.5 g/L 的
4袁4爷-二叠氮二苯乙烯-2袁2爷-二磺酸钠渊DAS冤溶液 中 8 h袁然后将膜取出进行 30 min 的紫外线照射袁利 用 DAS 中的磺酸基团与叠氮基团使其具有单价选 择性能袁得到单价选择性阴离子交换膜也14页遥实验过程 中采用的电渗析膜堆由 10 张单价选择性阴离子交 换膜尧11 张阳离子交换膜和专用隔板渊PP 材质冤组 成袁交替排列形成淡室和浓室遥 2 种膜的有效尺寸均 为 17.5 cm伊7 cm袁主要性能见表 1遥
单价选择性阴离子交换膜改性研究进展
单价选择性阴离子交换膜改性研究进展王勋亮;王文华;姜天翔;赵瑾;马宇辉;王静【摘要】总结了目前单价选择性阴离子交换膜在改性方面的研究进展,着重从掺杂改性、涂覆表面改性、电沉积表面改性及化学接枝表面改性四个方面详细阐述了提高阴离子交换膜单价选择性的方法,并分析了限制单价选择性阴离子交换膜发展的因素,最后指出明晰改性机理和拓展改性新方法是今后阴离子交换膜提升单价选择分离性能的发展方向.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2018(038)007【总页数】6页(P12-17)【关键词】单价选择性;阴离子交换膜;表面改性;电渗析【作者】王勋亮;王文华;姜天翔;赵瑾;马宇辉;王静【作者单位】国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192【正文语种】中文【中图分类】TQ425在人类生活和工业生产中，利用膜来实现物质的分离已有非常广泛的应用。
离子交换膜作为膜的典型代表，现广泛应用于物质的分离、纯化，能量的储存等众多领域〔1-5〕。
随着电渗析技术的发展，常规的离子交换膜有些已经不能满足生产的特殊需要，一些具备特种功能的膜应运而生。
其中，单价选择性阴离子交换膜因其具有高的选择分离性能，在海水净化去除易结垢的硫酸根及地下饮用水纯化去除有害氟离子和硝酸根〔6-12〕等方面的重要应用，已成为膜领域的研究热点〔13〕。
目前，国内绝大部分膜产品为异相离子交换膜，其主要被用在初级水处理等对离子纯度要求相对不高的分离领域。
高附加值的具特殊分离功能的离子交换膜的生产当下几乎被日本、德国、美国等少数几个国家所垄断，使得国内推广其应用十分不经济。
电渗析法基本原理
电渗析法（ED）基本原理
离子交换膜是电渗析器的关键部件，它是由高分子材料制成的对离子具有选择透过性的薄膜。
在处理含多价金属离子和阴离子的水体时，阳离子交换膜表面经常由于Ca2+、Mg2+、CO32-、S042-等离子在表面的大量存在，造成污染。
由于这些离子结合形成的沉淀会覆盖在膜表面，造成膜的堵塞，会提高总电阻，从而影响膜的使用寿命，电渗析器的正常运转和产水水质⋯。
而目前控制膜污染的方法主要包括对料液进行预处理，加入阻垢剂，和优化操作条件等。
ED法是利用阴、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。
当向隔室通人盐水后，在直流电场作用下，阳离子向负极迁移，井只能通过阳离子交换膜，阴离子向正极迁移，只能通过阴离子交换膜，而使淡室中的盐水被淡化。
浓室中的盐水被浓缩。
一般来说，淡水作为产水被回收利用。
浓水作为废水排掉，其作用原理如图1所示。
图1 电渗析（ED)原理。
632081702009-李阳-电渗析技术概述及进展
电渗析技术概述及应用进展一.电渗析技术概述1.引言[1]电渗析(elet rodialysis ,简称ED) 技术是膜分离技术的一种,它将阴、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。
电渗析技术的研究始于德国, 1903年,Morse 和Pierce 把2 根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中,发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去; 1924 年, Pauli 采用化工设计的原理,改进了Morse 的实验装置,力图减轻极化,增加传质速率。
但直到1950 年J uda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜后,电渗析技术才进入了实用阶段,其中经历了三大革新: (1) 具有选择性离子交换膜的应用; (2) 设计出多隔室电渗析组件; (3) 采用频繁倒极操作模式。
现在离子交换膜各方面的性能及电渗析装置结构等不断革新和改进,电渗析技术进入了一个新的发展阶段,其应用前景也更加广阔。
2. 原理在阴极与阳极之间，放置着若干交替排列的阳膜与阴膜，让水通过两膜及两膜与两极之间所形成的隔室，在两端电极接通直通电源后，水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，由于阳膜、阴膜的选择透过性，就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度增加的浓室。
与此同时，在两电极上也发生着氧化还原反应，即电极反应，其结果是使阴极室因溶液呈碱性而结垢，阳极室因溶液呈酸性而腐蚀。
因此，在电渗析过程中，电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所受到的阻力及电极反应。
3.分类[1]倒极电渗析( EDR)倒极电渗析就是根据ED 原理,每隔一定时间(一般为15～20 min) ,正负电极极性相互倒换,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。
电渗析技术的原理及应用
电渗析技术的原理及应用原理介绍电渗析技术（Electrodialysis，简称ED）是一种利用外加电场对溶液中的离子进行选择性分离的电化学分离技术。
其基本原理是通过在溶液中放置正负极板，并施加电场，以使正负离子分别向相应的极板迁移，从而实现离子的选择性分离。
电渗析技术的核心装置是电渗析膜（Electrodialysis Membrane），它是一种具有特殊结构和性能的薄膜材料。
常见的电渗析膜包括阳离子交换膜（Cation Exchange Membrane，简称CEM）、阴离子交换膜（Anion Exchange Membrane，简称AEM）和中间板（Spacer）。
阳离子交换膜只允许带正电荷的离子穿透，而阴离子交换膜只允许带负电荷的离子穿透，中间板则用于隔开膜片和增加膜片之间的通道。
应用领域1. 水处理电渗析技术在水处理领域具有广泛的应用。
它可以用于海水淡化，将海水中的盐分、重金属离子和有机物质去除，从而获得高质量的淡水。
此外，电渗析技术还可以用于污水处理，高效去除水中的离子污染物，提高水质。
2. 食品加工电渗析技术在食品加工中的应用主要是用于浓缩和分离。
通过对食品溶液施加电场，可以实现对溶液中的离子进行选择性分离，从而实现对溶液中某种成分的浓缩。
这种技术可以用于果汁的浓缩、酒精的提纯等。
3. 医药制造电渗析技术在医药制造中也有一定的应用。
例如，在药物制造过程中，可以利用电渗析技术对药物溶液中的有机物质进行去除，从而提高产品的纯度。
此外，电渗析技术还可以用于药物的浓缩和分离。
4. 化工领域在化工领域，电渗析技术也有广泛的应用。
例如，在离子液体的制备过程中，可以利用电渗析技术实现对离子的选择性分离和浓缩，从而提高产品的纯度。
此外，电渗析技术还可以用于对溶液中有害离子的去除，净化溶液。
5. 环境保护电渗析技术在环境保护中也发挥着重要的作用。
例如，可以利用电渗析技术将废水中的重金属离子和有害离子去除，从而减少对环境的污染。
双极膜电渗析技术的研究进展
双极膜电渗析技术的研究进展电渗析（ED），作为膜分别中进展较早的分别技术，是在电场作用下，以电势差为驱动力，利用离子交换膜对料液进行分别和提纯的一种高效、环保的分别过程。
1956年，V. J. Frilette发觉在电渗析膜面上形成的钙镁垢是由膜面上的水解离造成的，从而首次提出利用双极膜（BPM）促进膜中水解离现象的想法。
随着膜分别技术和膜材料的进展，消失了由阴阳离子交换层和中间界面催化层复合而成的双极膜材料。
其与传统电渗析结合构成的双极膜电渗析（BMED）技术在近年来得到了快速进展，成为了ED工业进展的新增长点。
BMED是由BPM、阴离子交换膜（AEM）、阳离子交换膜（CEM）等基本单元根据肯定的排列方式组合而成的。
在电场作用下，双极膜中的H2O快速解离为H+和OH-，将盐溶液转化为酸和碱。
近年来，BMED多用于清洁生产、资源回收利用、污染零排放中，同时作为新兴的绿色技术，BMED与其他化工技术正朝着集成化的方向进展。
本文从BMED的基本工作原理动身，回顾BMED技术的进展过程，并总结其近年来在酸碱生产、资源分别和污染掌握等方面的讨论和应用进展，最终依据目前双极膜应用中存在的问题探讨其讨论的重点和将来进展的方向。
01 双极膜电渗析1.1 BMED的工作原理BMED运行时，在电场作用下离子进行定向迁移，当双极膜中的离子都迁向主体溶液时，中间层的水会解离产生H+和OH-对电流进行负载。
然而双极膜中发生的水解离现象不同于通常的水解离，讨论者们对其解离的过程机理开展了大量的理论讨论，但限于过程的简单性，目前还没有达成统一的结论。
依据水在双极膜中间层解离过程的不同，主要提出3种解释水解离机制的物理模型，见图 1。
SWE模型认为，在电场作用下，双极膜中间层（阴阳离子尖锐结合区）会因离子迁移而消失薄的无离子区域，认为水解离发生于此。
H2O 的解离跟弱电解质在高压条件下的解离过程相同，H+和OH-的产生速率为H2O的解离速率，解离常数与电压成正相关；在SWE模型的基础上，为了解膜上荷电基团对水解离的影响，进一步提出化学反应模型（CHR），该模型认为由膜基质中的羧酸基、叔胺基和膜内的金属离子等影响水解离速率的现象可知，膜上固定基团通过质子化反应进行水解离产生H+和OH-，且解离更易发生在AEM侧；为解释双极膜中间层较大的能量消耗，提出中和层模型（NL），结果发觉，双极膜的AEM、CEM界面处存在中和层区域，水解离发生在电荷区和电荷与中和层区域的界面处。
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。
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电渗析阴离子交换膜污染机理及抗污染表面改性研究
电渗析技术具有浓缩倍数大、淡水回收率高、脱盐率可调等优点,在工业废水脱盐处理中具有广泛的应用前景,然而膜污染问题尤其是有机物对阴离子交换膜污染严重,成为限制工业废水电渗析脱盐技术大规模应用的“瓶颈”问题。
本论文通过考察基膜性质、有机物分子结构和浓度等对阴离子交换膜有机污染的影响,探讨代表性有机物对阴离子交换膜的污染行为及其电化学性质的变化,揭示电渗析过程中阴离子交换膜有机污染的形成机理;进一步探讨通过表面改性提高阴离子交换膜的抗污染性能,研究修饰组分、改性方法和工艺条件等对改性膜性质的影响规律,获得膜表面改性的优化工艺,并制备具有良好抗污染性能的新型改性阴离子交换膜。
主要研究内容及结果如下:(1)研究代表性有机物造成电渗析阴离子交换膜污染的性质及对离子跨膜迁移行为的影响。
以十二烷基硫酸钠(SDS)作为模型污染物,浓度较低时,SDS在溶液中单分子分散,均匀分散吸附在阴离子交换膜表面或堵塞膜孔道,改变离子的跨膜迁移路径;当溶液中SDS浓度高于100 mg/L
时,SDS分子在膜表面积聚形成胶束,导致其形成致密污染层附着在膜表面,造成膜面电阻急剧增大,几乎完全限制离子的跨膜迁移;膜清洗可以去除附着在膜表面的大部分SDS污染层,但堵塞在膜孔道的SDS不能完全去除。
结果表明,SDS对阴离子交换膜造成不可逆污染,而且膜表面附着的污染层是导致其性能恶化及限制离子跨膜迁移的主要因素。
(2)研究阴离子交换膜性质及有机物分子结构对阴离子交换膜有机污染的影响。
发现模型污染物SDS造成不同阴离子交换膜的污染程度不同,其中均相膜(AMX)、半均相膜(AMA)和异相膜(HAEM)的脱盐性能分别下降42.3%、15.3%、9.2%,
基膜结构越致密,膜污染越严重;对比不同有机物分子的膜污染特性,发现甲基磺酸钠(MS)对阴离子交换膜几乎没有污染,苯磺酸钠(BS)和2-萘酚-6-磺酸钠(NSS)造成轻微膜污染,十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)都在膜表面形成致密污染层,造成严重膜污染。
(3)探讨低温等离子体对阴离子交换膜进行表面改性,考察等离子体气氛对改性膜物理化学性质及抗污染性能的影响。
结果表明,改性膜表面形成新极性基团,如N2等离子体改性膜表面形成酰亚胺基等、O2等离子体改性膜表面形成酯基/羧基、碳酸基等,而且O2等离子体改性膜比N2等离子体改性膜的表面负电荷密度的变化更显著,但其表面亲水性不如N2等离子体改性膜;比较两种改性膜的抗污染性能,发现O2等离子体改性膜的抗污染性能明显优于N2等离子体改性膜,表明等离子体改性膜表面负电荷密度比亲水性的改善更有利于提高其抗污染性能。
(4)通过电沉积对阴离子交换膜进行表面改性,探讨不同修饰组分对改性膜物理化学性质及抗污染性能的影响。
发现除聚乙烯醇(PVA)外,聚电解质聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、聚乙烯磺酸钠(PVS)、聚丙烯酸钠(PAAS)都可以提高膜表面亲水性及负电荷密度,进而提高改性膜的抗污染性能,而且PSS、PVS修饰膜的抗污染性能优于PAAS修饰膜;表明膜表面改性提高负电荷密度对提高其抗污染性能起关键作用,带磺酸基团聚电解质对提高阴离子交换膜的抗污染性能作用显著,即聚电解质官能团的极性越强,越有利于提高改性膜的抗污染性能。
(5)探讨电沉积与层层组装复合改性,考察阴离子交换膜表面沉积聚苯乙烯磺酸钠(PSS)/聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)多层聚电解质对改性膜抗污染性能的影响。
发现随着膜表面沉积的PSS/PDADMAC双分子层数增加,改性膜表面负电荷密度及表面亲水性增大,显著提高其抗污染性能;当膜表面PSS/PDADMAC双分子层
数高于4.5时,能阻止模型污染物SDS形成污染层,电化学阻抗谱分析和等效电路模拟表明,分散吸附在改性膜上的SDS使膜面电阻增大幅度显著降低,且不会限制离子的跨膜迁移,显著提高改性膜的抗污染性能。