雙極膜電滲析(BMED)清潔制備酸、堿的研究.pdf

1、雙極膜（bipolar membrane，簡稱BPM）是一種是由陰、陽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，帶電離子就會從中間向兩側(cè)發(fā)生遷移，從而形成高電勢梯度，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、污染少和費用低等優(yōu)點，在酸、堿的清潔制備，有機酸分離和無機鹽脫除等廣泛領(lǐng)域均有重要應(yīng)用價值。本文分別以Na2

2、SO4、NaCl、Li2SO4為原料，對BMED直接制備酸、堿進行了研究。旨在說明BMED具有實用性。
　　采用雙極膜、陰離子交換膜和陽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膜堆操作性能的影響，并對兩種不同的均相陽膜進行了對比考察。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，實驗范圍內(nèi)NaOH的收率可達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，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BMED直接制備NaOH和HCl進行了實驗探索

4、。研究了電流密度、原料液濃度和電極水濃度對BMED操作性能的影響，并對兩種不同的均相陽膜進行了對比考察。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，實驗范圍內(nèi)NaOH的收率可達80.19％;本實驗條件下，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。實驗進一步采用向原料室持續(xù)補充10％ NaCl的操作，5h后產(chǎn)品NaOH濃度可達10％左右，其濃度是間歇操

5、作時得到的2.5倍。
　　采用自主設(shè)計的電滲析(ED)和BMED膜堆構(gòu)成“ED/BMED"集成膜過程，對低濃度的Li2SO4進行濃縮，并進一步以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

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，對于濃度10％的Li2SO4原料液，反應(yīng)120 min，LiOH收率可達62.39％;與國產(chǎn)均相膜相比，使用某品牌的進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，表明國產(chǎn)均相離子膜的性能還有待進一步提升。