水的除盐与咸水淡化（下）.ppt

§3—3电渗析法淡化与除盐
一、离子交换膜及其作用机理:
二、电渗析原理及过程
三、电渗析器的构造与组装
四、电流效率与极限电流密度
五、极化与沉淀
六、电渗析法水处理除盐工艺系统
七、电渗析技术的新发展
电渗析、反渗透、超滤以及渗析统称为膜分离法。所谓膜分离系指在某种推动力作用下,利用特定膜的透过性能,达到分离水中离子或分子以及某些微粒的目的。
膜分离的推动力可以是膜两侧的压力差、电位差或浓度差。这种分离方法可在室温、无相变条件下进行,具有广泛的适用性。各种膜分离法的推动力与分离对象如下表所示。
膜能使溶剂(水)透过的现象称为渗透,膜能使溶质透过的现象为渗析。
一、离子交换膜及其作用机理:
1,离子交换膜:
离子交换膜是电渗析器的重要组成部分,按其选择透过性能,主要分为阳膜与阴膜、按其膜体结构,可区分为异相膜、均相膜、半均相膜3种。异相膜的优点是机械强度好、价格低,缺点是膜电阻大、耐热差、透水性大。均相膜则相反。
异相模通常是具有交换基团的聚合电解质(树脂)与成膜材料(粘合剂)粘合生成薄膜,井加入衬网而制成。
这种膜中的聚合电解质并不是连续的,它的化学性能不均匀,如下图所示,在没合电解质之间为成膜材料所充满,故叫异相膜, 膜中离子的迁移或靠聚合电解质颗粒之间的接触,或借颗粒之间存在的溶液,成当两者同时存在时发生。
均相膜指整张膜完全是按离子交换树脂的制造工艺制成的,是将树脂的母体连接起来,成为连续的膜状物,在这种膜中聚合电解质和成膜材料之间发生了化学结合而成为共聚体。
如下图所示。由于这种膜的化学性能是均匀的,膜的各部分具有相同特性,是单相的,故叫均相膜。
半均相膜的聚合电解质与成膜材料混合得十分均匀,它的化学性能的均匀性可以大为提高,但两者之间没有化学结合。
(1)选择透过率:离子交换膜的选择透过性实际上并不是那样理想的,因为总是有少量的同号离子(即与膜上的固定活性基电荷符号相同的离子)同时透过。例如,阳膜对阳离子的选择透过性可由如下指标表示:
(2)膜电阻:膜电阻与电渗析所需要的电压有密切的关系。电阻越小,所需电压越低。膜电阻一般用膜的电阻率乘以膜的厚度表示,单位为cm 2。
2,离子交换膜的作用机理:
道南平衡理论:
道南平衡理论:
(C1+X)X=(C2-X)2 X=C22/(C1+2C2)
平衡状态下,膜两侧的Cl-浓度比值:
即,当膜一侧NaZ浓度非常大时,X趋近
于0,此时膜另一侧的Cl-几乎不能透过膜来。
离子交换膜的选择透过性解释:
把离子交换膜和溶液的界面看作半透膜,固定于离子交换膜上的活性基团相当于不扩散离子Z-, 可交换离子为Na+;膜中含有大量的活性基团:C1很大,Cl-几乎进不了膜内,即膜对离子具有选择透过性。
增大溶液中NaCl浓度C2,进入膜内的Cl-增加,膜的选择透过性相应降低。
阴离子交换膜原理相同。