滲析膜技術(shù):各種滲析膜技術(shù)原理
滲析是最早被發(fā)現(xiàn)并研究的膜分離技術(shù),但因?yàn)槭艿奖旧眢w系的限制,滲析過(guò)程進(jìn)行緩慢,效率低下,滲析過(guò)程的選擇性不高,純水設(shè)備因此滲析過(guò)程主要用于脫除含有多種溶質(zhì)溶液中的低分子量組分,如血液滲析,即以滲析膜代替腎來(lái)去除尿素、肌酸酐、磷酸鹽和尿酸等有毒的低分子量組分,以緩解腎衰竭和尿毒癥患者的病情。
(2)電滲析:電滲析(Electrodialysis,簡(jiǎn)稱(chēng)ED)是在直流電場(chǎng)的作用下,以電位差為推動(dòng)力,利用離子交換膜對(duì)溶液中的陰陽(yáng)離子的選擇性,把電解質(zhì)從溶液中分離出來(lái),從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。
(3)倒極電滲析(EDR):倒極電滲析就是根據(jù)ED原理,每隔一定時(shí)間(一般為15~20min),正負(fù)電極極性相互倒換,能自動(dòng)清洗離子交換膜和電極表面形成的污垢,以確保離子交換膜工作效率的長(zhǎng)期穩(wěn)定及淡水的水質(zhì)水量。在20世紀(jì)80年代后期,倒極電滲析器的使用,大大提高了電滲析操作電流和水回收率,延長(zhǎng)了運(yùn)行周期。EDR在廢水處理方面尤其有獨(dú)到之處,其濃水循環(huán)、水回收率最高可達(dá)95%。
(4)液膜電滲析(EDLM):液膜電滲析是用具有相同功能的液態(tài)膜代替固態(tài)離子交換膜,其實(shí)驗(yàn)?zāi)P途褪怯冒胪覆AЪ垖⒁耗と芤喊瞥杀訝畹母舭?,然后裝入電滲析器中運(yùn)行。利用萃取劑作液膜電滲析的液態(tài)膜,可能為濃縮和提取貴金屬、重金屬、稀有金屬等找到高效的分離方法,因?yàn)閷ふ覍?duì)某種形式離子具有特殊選擇性的膜與提高電滲析的提取效率有關(guān)。提高電滲析的分離效率,直接與液膜結(jié)合起來(lái)是很有發(fā)展前途的。例如,固體離子交換膜對(duì)鉑族金屬(鋨、釕等)的鹽溶液進(jìn)行電滲析時(shí),純水設(shè)備會(huì)在膜上形成金屬二氧化物沉淀,這將引起膜的過(guò)早損耗,并破壞整個(gè)工藝過(guò)程,應(yīng)用液膜則無(wú)此弊端。
(5)填充床電滲析(EDI):填充床電滲析(EDI)是將電滲析與離子交換法結(jié)合起來(lái)的一種新型水處理方法,它的最大特點(diǎn)是利用水解離產(chǎn)生的H+和OH-自動(dòng)再生填充在電滲析器淡水室中的混床離子交換樹(shù)脂,從而實(shí)現(xiàn)了持續(xù)深度脫鹽。它集中了電滲析和離子交換法的優(yōu)點(diǎn),提高了極限電流密度和電流效率。填充床電滲析技術(shù)具有高度先進(jìn)性和實(shí)用性,在電子、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,可望成為純水制造的主流技術(shù)。
(6)雙極性膜電滲析(EDMB):雙極膜是一種新型離子交換復(fù)合膜,它一般由層壓在一起的陽(yáng)離子交換膜組成,通過(guò)膜的水分子即刻分解成H+和OH-,可作為H+和OH-的供應(yīng)源。雙極性膜電滲析突出的優(yōu)點(diǎn)是過(guò)程簡(jiǎn)單,能效高,廢物排放少。目前雙極性膜電滲析工藝的主要應(yīng)用領(lǐng)域在酸堿制備。例如,用雙極性膜和陽(yáng)膜配成的二室膜可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)酸鹽(葡萄糖酸鈉、古龍酸鈉等)的轉(zhuǎn)化,同時(shí)得到堿(NaOH),但濃度(酸最大濃度2mol·L-1,堿最大濃度6mol·L-1)和純度兩方面都受到限制?,F(xiàn)在開(kāi)發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域還有廢氣脫硫、離子交換樹(shù)脂再生、鉀鈉的無(wú)機(jī)過(guò)程等。
(7)無(wú)極水電滲析:無(wú)極水電滲析是傳統(tǒng)電滲析的一種改進(jìn)形式,它的主要特點(diǎn)是除去了傳統(tǒng)電滲析的極室和極水。例如在裝置的電極緊貼一層或多層離子交換膜,它們?cè)陔姎馍隙际窍嗷ヂ?lián)接的,這樣既可以防止金屬離子進(jìn)入離子交換膜,同時(shí)又防止極板結(jié)垢,延長(zhǎng)電極的使用壽命。由于取消了極室,無(wú)極水排放,大大提高了原水的利用率。無(wú)極水電滲析于1991年問(wèn)世,在應(yīng)用過(guò)程中技術(shù)不斷改善,純水設(shè)備現(xiàn)裝置在運(yùn)行方式上多采用頻繁倒極的形式。目前,無(wú)極水全自動(dòng)控制電滲析器已在國(guó)內(nèi)20個(gè)省、市使用,近來(lái)還遠(yuǎn)銷(xiāo)東南亞。
2、滲析膜的應(yīng)用
(1)工業(yè)廢水處理
電滲析可用于電鍍廢水、重金屬?gòu)U水等的處理,提取廢水中的金屬離子等,既能回收利用水和有用資源,又減少了污染排放。萬(wàn)詩(shī)貴等自制離子膜電解槽研究了銅生產(chǎn)過(guò)程中鈍化液處理的可行性,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不僅可以回收其中的銅和鋅,而且將Cr3+氧化成Cr6+,再生了鈍化液。電滲析法與離子交換法結(jié)合從酸洗廢液中回收重金屬和酸的工藝已在工業(yè)上應(yīng)用。
(2)飲用水及過(guò)程水處理
我國(guó)在西南地區(qū)采用電滲析法將鹽泉鹵水制鹽,使NaCl的含量穩(wěn)定提高到120g/L,與原來(lái)采用的單純熬鹽法相比,產(chǎn)量增加而成本降低。
(3)食品工業(yè)
在白酒生產(chǎn)中把握質(zhì)量最關(guān)鍵的一環(huán)是勾兌,而勾兌用水的質(zhì)量是很重要的,它不僅影響白酒的內(nèi)在質(zhì)量,還影響白酒的外觀質(zhì)量,使用電滲析法處量勾兌用水,可使水質(zhì)明顯改善,達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
(4)生化行業(yè)
采用高性能離子交換膜,應(yīng)用電滲析脫鹽法,純水設(shè)備分離提純N-乙酰-L-半胱氨酸,取得了較為滿(mǎn)意的效果。根據(jù)雙極性膜電滲析系統(tǒng)的特點(diǎn),即雙極性膜的陽(yáng)膜析出H+,陰膜析出OH-,可以把雙極性膜電滲析技術(shù)應(yīng)用于大豆蛋白質(zhì)的分離,其有有很多優(yōu)點(diǎn):整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不需要添加酸和堿,資源可以循環(huán)利用,耗水少,分離出的蛋白質(zhì)中鹽含量明顯減少。純水設(shè)備,實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備, 無(wú)錫純水設(shè)備,無(wú)錫水處理設(shè)備,無(wú)錫去離子水設(shè)備, 醫(yī)用GMP純化水設(shè)備。 半導(dǎo)體超純水設(shè)備。
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