发展概况渗析技术的研究可以追溯到源于对渗析技术的研究。1863年Dubrunfaut制成了第一台膜渗析器,进行糖与盐的分离。1903年Morse和Pierce把电极置于透析器内、外,发现这样能促进分离。1924年Pauli采用化工设计的原理改进了Morse的装置,尽管他们用的膜都还是非离子选择性的,但这些工作为电渗析的开发起了先导的作用。63824
20世纪20年代起,人们对膜现象及其机理的研究日益深入,有关的理论相继问世。1940年,Meyer和Strauss提出了有实用意义的多隔室电渗析装置的概念。1950年,Juda试制成功了高选择性的阴、阳离子交换膜,奠定了电渗析技术的实用基础。
1952年,美国Ionics公司制成世界上第一台电渗析装置,用于苦咸水的淡化。电渗析以其能耗低、无污染、装置寿命长、原水回收率高、工艺过程洁净等明显优势而被广泛的用于食品、医药、化工、工业及城市废水处理等领域。近年来,离子交换膜的研究、生产和应用已达到很高的水平。在电渗析技术方面领先的是美国和日本。
中国电渗析技术的研究始于1958年。20世纪60年代初,小型电渗析装置已投入海上试验,20世纪70年代以来,电渗析发展较快,离子交换膜生产有相当规模。目前,中国电渗析技术广泛应用于工业用水的脱盐、苦咸水和海水的淡化。此外,还在废水回收处理和化工的浓缩、提纯、分离、精制等方面得到开发[6-9]。
2工作原理
电渗析是在外加直流电场的作用下,利用离子交换膜的选择透过性,使离子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。电渗析器,就是利用多层隔室中的电渗析过程达到除盐的目的[10]。
电渗析器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。阳膜只允许通过阳离子,阻止阴离子通过,阴膜只允许通过阴离子,阻止阳离子通过。在外加直流电场的作用下,水中离子作定向迁移。由于电渗析器是由多层隔室组成,故淡室中阴阳离子迁移到相邻的浓室中去,从而使含盐水淡化。在食品及医药工业,电渗析可用于从有机溶液中去除电解质离子,在乳清脱盐、糖类脱盐和氨基酸精制中应用得都比较成功[11]。论文网
电渗析作为一种新兴的膜法分离技术,在天然水淡化,海水浓缩制盐,废水处理等方面起着重要的作用,已成为一种较为成熟的水处理方法[12]。
3离子交换膜
离子膜是整个电渗析装置的心脏,阴、阳离子交换膜具有选择透过性[13],使得废水中的离子得以分离,离子交换膜可以使废水转化为清洁的、可再利用的水,是环境友好型工艺[14]。
离子交换膜的组成:离子交换膜是一种含有活性离子交换基团的高分子片状薄膜。离子交换膜膜体微观结构大至分为固定部分和活动部分。固定部分包括高分子母体和离子交换基,是离子交换膜的核心,也是膜中最主要的组成部分;活动部分包括反离子、唐南渗透离子和溶剂。论文网
离子交换膜的分类:①膜体宏观结构分类:异相膜、均相膜、半均相膜;②按膜机能分类:阳离子交换膜、阴离子交换膜、特种膜;③按膜体基材分类:无机系膜和有机系膜;④按用途分类:通用型水处理用膜、特种性能用膜。
4电渗析器
(1)电渗析器的组成
用夹紧板紧固在一起的膜堆部分称为电渗析器[15],其主要由四部分组成:电极、膜堆、隔板和夹紧装置。其中膜堆是电渗析装置脱盐、脱酸的主要场所,它由若干个阴阳离子交换膜对组成。电极设在膜堆两端,用以供给直流电,为电渗析除盐增加推动力,它直接影响电渗析器的正常运行。隔板是用来构成隔室的,为液体流经形成通道,淡水通过的隔室称为脱盐室,浓水通过的隔室称为浓缩室。夹紧装置是用来夹紧电极、极室和交替排列的膜及隔板装置的,作用是使电渗析器在运行时不致于产生水的内漏和外漏现象。