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电渗析

2023-04-18 21:01自然百科人已围观

[拼音]：dianshenxi

[外文]：electrodialysis

以电能为动力的渗析过程，即溶液中的离子在直流电场的作用下，有选择地通过渗析膜所进行的定向迁移过程。根据渗析膜的性质分为离子非选择透过性膜电渗析和离子选择透过性膜（简称离子交换膜）电渗析两种类型，通常只把后者称为电渗析。由于它是依靠离子交换膜进行分离的，所以属于膜法分离技术的范畴。20世纪40年代末离子交换膜出现后，1952年世界上第一台用于苦咸水除盐的多隔室电渗析器试制成功。这一技术现已应用在海水和苦咸水除盐、化工分离和浓缩、制取去离子水、制碱和废水处理等许多领域。中国从1957年开始研究电渗析技术，1964年制成多隔室电渗析器（图1）并投入运行，近年已在较大范围内推广应用。

原理

离子交换膜一般是用高分子材料制成的薄膜，膜中除惰性的骨架材料外，还有固定基团和解离离子。阳膜中的固定基团带负电荷，只允许阳离子通过，而阻挡阴离子；阴膜则相反。离子交换膜对溶液中离子的这种选择透过性机理可用双电层理论和唐南膜平衡理论来解释（见膜分离技术）。

电渗析器主要包括由电极和极框组成的电极部分以及由离子交换膜和隔板组成的膜堆部分。电极部分的动力学过程与电解过程相同。膜堆部分的动力学过程主要是溶液中与膜内固定活性基团所带电荷性质相反的离子迁移。同时，还有少量与膜内固定活性基团所带电荷性质相同的离子迁移，以及电解质的浓差扩散渗析和溶剂的渗透和电渗透。此外，当膜两侧压力不平衡时，会产生溶液的压差渗漏；当产生浓差极化时，溶剂分子会被电离成离子，也参与迁移。这些现象会降低电渗析的效率。

以含氯化钠水溶液的除盐为例，电渗析器的基本原理如图2。在直流电场作用下，淡室中的氯离子和钠离子分别通过阴膜和阳膜迁移出去，从而达到除盐目的。而在浓室中的离子，则由于离子交换膜的阻挡无法迁出，浓室还要接受相邻淡室迁来的离子，离子愈积愈多，起到浓缩的作用。极室内的极水把电极反应的生成物质带出。

应用

电渗析器对进水的混浊度、硬度、有机物含量、铁和锰的含量等水质指标有一定的要求，如不符合要求必须进行预处理。电渗析器长期稳定运行的关键是防止和消除水垢。常用的方法是将操作电流控制在极限电流值以下，浓水加酸调整pH值和定时倒换电极等。中国于1969年在生产装置上采用了定时倒换电极的方法。同其他分离技术相比，电渗析法在一定范围内具有能量消耗少、基本上不使用化学药品以及操作方便等优点。在中国，一般认为进水含盐量为500～5000毫克/升，出水含盐量为20～30毫克/升，采用电渗析除盐技术较为经济。

电渗析在环境保护方面的应用主要有以下几个方面：

（1）用电渗析法代替离子交换法或采用电渗析－离子交换联合工艺制取去离子水，可节省大部分甚至全部化学药剂，减少或消除用离子交换法再生造成的酸、碱、盐对水体的污染。

（2）生活污水和某些工业废水经三级处理后可用电渗析法除盐，以制取再生水。

（3）用电渗析法分离或浓缩回收造纸等工业废水中的物质。

（4）用电渗析法处理电镀等工业废水，可达到闭路循环的目的。

（5）用电渗析法代替制碱等工业生产的旧工艺，可以减轻环境污染。

随着多组膜集合组装的大容量电渗析技术的发展，为了不解体清洗而开展了高效洗涤剂的研究，用脉冲电流、超声波振动和压缩空气等防止和消除膜表面水垢的新工艺也在探索中。电渗析的隔板薄型化、新型的电极材料、优质及特殊用途的离子交换膜、操作自动化等方面也在开展研究。70年代出现的高温电渗析技术在能源消耗和经济性指标等方面都具有优越性，尤其受到重视。

参考书目