雙極膜電滲析(BMED)清潔制備酸、堿的研究.pdf

1、雙極膜（bipolar membrane，簡(jiǎn)稱BPM）是一種是由陰、陽(yáng)離子交換層以及中間的界面親水層復(fù)合而成的新型離子交換膜，當(dāng)其反向施加電壓時(shí)，帶電離子就會(huì)從中間向兩側(cè)發(fā)生遷移，從而形成高電勢(shì)梯度，發(fā)生水解離產(chǎn)生H+和OH-。雙極膜電滲析(BMED)是在BPM特有的水解離功能基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效膜分離技術(shù)。由于其具有能耗低、污染少和費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在酸、堿的清潔制備，有機(jī)酸分離和無機(jī)鹽脫除等廣泛領(lǐng)域均有重要應(yīng)用價(jià)值。本文分別以Na2

2、SO4、NaCl、Li2SO4為原料，對(duì)BMED直接制備酸、堿進(jìn)行了研究。旨在說明BMED具有實(shí)用性。
　　采用雙極膜、陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜交替排列構(gòu)成的五隔室BMED構(gòu)型，以Na2SO4為原料制備NaOH和H2SO4。研究了電流密度和原料液濃度對(duì)膜堆操作性能的影響，并對(duì)兩種不同的均相陽(yáng)膜進(jìn)行了對(duì)比考察。結(jié)果表明:在電流密度50 mA·cm-2，Na2SO4原料液濃度10％的條件下，實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)NaOH的收率可達(dá)79.63％;

3、NaOH收率和過程能耗隨電流密度的增大而增加;電流密度恒定時(shí)，較高的原料液濃度利于保持更小的膜堆電阻，過程能耗相應(yīng)降低。將BMED制得的稀NaOH和H2SO4溶液直接用于飽和陰、陽(yáng)離子交換樹脂的再生處理，并將其與經(jīng)常規(guī)酸堿試劑化學(xué)再生的樹脂均用于反滲透產(chǎn)水的深度除鹽制備純水，結(jié)果前者所獲水質(zhì)純度顯著優(yōu)于后者，表明BMED所制備的酸堿純度更高，樹脂再生更為徹底。
　　以NaCl為原料，對(duì)BMED直接制備NaOH和HCl進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探索

4、。研究了電流密度、原料液濃度和電極水濃度對(duì)BMED操作性能的影響，并對(duì)兩種不同的均相陽(yáng)膜進(jìn)行了對(duì)比考察。結(jié)果表明:在電流密度30 mA·cm-2，NaCl原料液濃度為1.5 mol·L-1的條件下，實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)NaOH的收率可達(dá)80.19％;本實(shí)驗(yàn)條件下，極室Na2SO4的濃度在1％～2％的低濃度范圍內(nèi)效果優(yōu)于3％～4％的高濃度范圍。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步采用向原料室持續(xù)補(bǔ)充10％ NaCl的操作，5h后產(chǎn)品NaOH濃度可達(dá)10％左右，其濃度是間歇操

5、作時(shí)得到的2.5倍。
　　采用自主設(shè)計(jì)的電滲析(ED)和BMED膜堆構(gòu)成“ED/BMED"集成膜過程，對(duì)低濃度的Li2SO4進(jìn)行濃縮，并進(jìn)一步以Li2SO4為原料直接制備LiOH和H2SO4。質(zhì)量濃度2％的Li2SO4經(jīng)ED濃縮后濃度可達(dá)10.62％，后以BMED將其用于制備LiOH和H2SO4，過程能耗在3.0～4.0 kWh·kg-1之間，LiOH的收率可達(dá)60％以上。研究了BMED過程電流密度、原料液濃度和不同的均相離子膜對(duì)

6、BMED膜堆操作性能的影響，結(jié)果表明:同一原料液濃度條件下，LiOH收率和過程能耗均隨電流密度的提高而增大;提高原料液濃度可顯著減小BMED膜堆電阻，過程能耗隨之降低;在40 mA·cm2的電流密度下，對(duì)于濃度10％的Li2SO4原料液，反應(yīng)120 min，LiOH收率可達(dá)62.39％;與國(guó)產(chǎn)均相膜相比，使用某品牌的進(jìn)口均相膜可獲得更高的LiOH收率和電流效率，以及更低的膜堆電壓和能耗，表明國(guó)產(chǎn)均相離子膜的性能還有待進(jìn)一步提升。