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摘 要:离子交换膜是离子交换树脂成膜状形成的.该文介绍了离子交换膜的组成和分类,叙述了离子交换膜用于水处理中的电渗析、扩散渗析和Donnan(唐南)渗析过程,同时详细概述了这3种渗析过程的常见应用方面.电渗析过程需要有直流电场,而扩散渗析和Donnan渗析过程不需要有直流电场.电渗析过程常用于分离、浓缩溶液以及浓缩制盐,扩散渗析过程常用于酸和碱的回收,Donnan渗析过程用于水溶性污染物离子的分离去除,以及水中微量重金属浓度的检测分析.
关键词:离子交换膜 水处理 渗析
中图分类号:TQ028.8 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)11(a)-0044-01
近年来,随着水污染的日益加剧,膜分离技术在水处理中应用越来越广泛.离子交换膜分离作为膜分离技术的一种,其是在离子交换膜两侧离子浓度差推动力的作用下,利用离子交换膜的选择透过性,分离水中离子的过程.
离子交换膜分离技术的核心是离子交换膜.我国对离子交换膜的研究工作开始于1958年,当时是将离子交换树脂碾磨成粉以后,加工成离子交换膜.1966年以后,我国对离子交换膜的研发进入了快速发展阶段,各类离子交换膜相继的研发并投入生产.离子交换膜有3个组成部分,包括骨架、固定基团和固定基团上的移动离子,其实际上就是离子交换树脂成膜状形成的.
1. 离子交换膜的分类
按照所带电荷基团种类的不同,可将离子交换膜分为阴膜和阳膜.阴膜是膜内含有带正电的碱性基团,其不允许阳离子透过,而选择性透过阴离子.阳膜是膜内含有带负电的酸性基团,其选择性透过的离子正好与阴膜相反.
按照固定基团与骨架结合方式的不同,又可将离子交换膜分为均相、异相和半均相膜.均相膜是膜内固定基团与骨架之间以化学键的方式结合,异相膜是膜内固定基团与骨架之间以物理的方式结合,半均相膜是膜内固定基团与骨架之间一部分以化学键的方式结合,另一部分以物理的方式结合.
2. 离子交换膜的应用
根据其在水处理中分离对象与目的不同,离子交换膜主要用于电渗析、扩散渗析和Donnan(唐南)渗析,下面分别对这3种渗析应用进行叙述.
2.1 电渗析
电渗析过程需要有直流电场.其根据交换膜透过离子的选择性能,使溶液中的带电离子发生定向的迁移,而达到分离、浓缩溶液等目的.电渗析过程脱盐成本与原水中的含盐量有关.一般而言,电渗析过程的脱盐成本与原水中含盐量的0.6次方成正比关系,其脱盐的浓度最佳范围为几百至几千mg/L,苦咸水中含盐量浓度一般是在此范围中,而海水中的含盐量浓度为其10～20倍.
浓缩制盐是电渗析过程的另一方面应用.相比于常规的盐田法,电渗析浓缩制盐法具有投资少(仅为盐田法的20%)、易于自动化控制、占地少、产量增加、不受气候环境的影响等优点,但是电渗析浓缩制盐法要防止离子交换膜堆的沉淀和结垢.
2.2 扩散渗析
扩散渗析过程不需要有直流电场.其根据离子交换膜的两侧溶液之间存在的浓度差推动力,使溶液中的溶质发生扩散而选择性分离.扩散渗析过程常用于酸和碱的回收.与电渗析过程所不同的是,扩散渗析过程仅需要单一离子交换膜,即采用阴膜分离阳离子而实现酸的回收、或采用阳膜分离阴离子而实现碱的回收.此外,扩散渗析过程中所采用的离子交换膜含水量相对较高,使得其在两侧溶液浓度差推动力的作用下,可提高酸和碱的渗析速率.而电渗析过程中离子交换膜含水量相对较少、具有的固定基团浓度较高,以防止电渗析过程中水的电渗透.
阴离子交换膜不仅对阴离子具备选择透过性能,由于溶液的电中性要求,溶液中氢离子迁移速率快,半径较小,溶液中的阴离子需要伴随氢离子的迁移.故氢离子会优先透过阴离子交换膜,从而使得废液中的酸得以分离.同样道理,当通过阳离子交换膜时,溶液中的阳离子需要伴随氢氧根离子的迁移,氢氧根离子会优先透过阳离子交换膜,从而使得废液中的碱得以分离.
离子交换树脂:湿法炼锌工业离子交换法除氟氯技术
2.3 Donnan(唐南)渗析
Donnan渗析过程是溶液中的反离子利用膜的选择透过性能,在不需要直流电场的条件下,在离子交换膜的两侧相互扩散,而实现反离子的分离.在水处理中,Donnan渗析过程主要应用于两个方面,一是对水溶性的污染物离子进行分离去除,如氟化物、高氯酸盐、重金属离子等,二是对水中的微量重金属浓度进行检测分析.
Ersoz M[1]研究了无外加直流电场条件下,Donnan渗析过程中Ni2+和Co2+离子透过多磺酸阳膜的分离性能.采用阳离子交换膜将硫酸和金属盐溶液分开成两相,由于离子交换膜固定基团与金属盐离子之间的互相作用,Ni2+和Co2+离子则通过阳离子交换膜进行相应迁移.溶液的pH值对上述金属盐离子的透过扩散性能有影响.
Donnan渗析过程还可以用来检测分析水中的微量重金属浓度,其通过累积水中微量重金属,达到分析仪器能够精准检测的要求.Kalis E[2]研究了Donnan渗析膜技术检测分析水中游离重金属的浓度.由于低于ICP-MS(等离子质谱法)的检测限值,水中游离重金属的浓度往往无法检测.水中金属的毒性由游离重金属的浓度决定,通过联用Donnan渗析膜技术和等离子质谱法,可以有效的同时检测分析水中多种重金属的浓度.现场的检测分析结果得出,水中游离锌离子的浓度最大值为237 nM,镉离子的浓度最小值为0.06 nM.
3. 结语
离子交换膜分离技术在水处理中应用越来越广泛.电渗析过程在直流电场下可实现分离、浓缩溶液以及浓缩制盐,扩散渗析和Donnan渗析过程在无直流电场下分别可实现酸碱的回收、离子的分离去除和微量重金属的检测分析.
参考文献
[1] Ersoz M,Kara H.Cobalt(Ⅱ) and nickel(Ⅱ)tran论文范文er through charged polysulfonated cation exchange membranes.Journal of Colloid and Interface Science,2000,232(2):344-349.
[2] Kalis E J,Weng L,Temminghoff E J, et al.Measuring free metal ion concentrations in multicomponent slolutions using the Donnan membrane technique. Analytical Chemistry,2007,79(4): 1555-1563.
总结：本论文为您写渗析离子交换毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献，可免费下载。
离子交换树脂引用文献:
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[2] 离子交换和除盐水本科论文开题报告范文 关于离子交换和除盐水在职研究生论文范文2万字
[3] 离子交换和新型材料论文范文集 离子交换和新型材料论文范文资料5000字
