先河原料科技-欧陆娱乐开户欢迎您 皇城国际官方网站销售咨询:0598-7509639,或加QQ339904316 微信咨询:w999gou | 请登录  |免费注册
当前位置: 首页 > 化学文章 > 化工知道 > 皇城国际官方网站

欧陆娱乐开户注册开户

皇城国际官方网站


抖化学 / 2022-11-29

的其它除盐方法:除去水中溶解盐类的方法可分为物理除盐和化学除盐两大 类,上节对化学除盐(即离子交换法除盐)略有所述,本节就主 要的物 理除盐方法作一简介。

  (一) 燕馏法
  加热水使之汽化,盐类则留在未蒸发的水中,将蒸汽冷凝后可 得无 水,俗称燕馏水。
  工业上常常不是直接用燃料燃烧来加热汽化水,而是利用另 股族汽(称为一次蒸汽)在一个称做蒸发器的热交换器中将水加 热蒸 发,得到的蒸汽(称二次蒸汽)在凝结器中冷凝成水。若有 工业皮燃可以利用,这是一个制取无盐水较好的办法。
  (二) 电渗析法
电渗析法是近30年来发展起来的一项新技术。除用于化工过 程(如浓缩、提纯、分离、回收等)外,也已用于海水 淡化、苦 咸水处理、工业废水净化及水的除盐等方面。

电渗析原理如图2-24所示。
类在水中以离子状态存在。水中作为杂质的阴、阳离子, 在电场作用下,分别向阳、阴两极移动,在阴阳两极之间布置了 干对离子交换膜。阳膜只允许阳离子通过,阴模只允许阴离子 通过,因此在两极加上电压后,水中所有的金属离子(阳离子) 向阴 极移动,所有的酸根离子(阴离子)向阳极移动。金属离 子在移动过程中能渗透过阳膜,而不能通过阴膜;酸根离子在移 动过程中 能渗透过阴膜,而不能通过阳模。这样移动的结果,造 成了淡水区及浓水区,把淡水汇总引出,得到除盐水。
  这种方法的除盐效果单级可达85~90%,二级可达9%。目! 前该法存在的问题是设备费用较大,交换膜产量较少,隔板较难 做, 耗电量也大,浓水难以利用。但对于含盐量很高的水(如海 水),用此法除盐比离子交换处理较为经济。目前电渗析法用于 制取纯 水时,主要放在离子交换除盐(通常为混合床)装置之 前,作为预处理。它可将原水含盐量降至50mg·L-左右,从而 可以提高混合 床离子交换器的生产能力,节省再生剂用量,延长 费协周期。
  1, 离子交换膜
  具有选怀透过性的离子交换膜,是电渗析器的关键部件,其性能好坏,直接影响到除盐效果和能量消耗。
  离子交换膜是由离子 交换树脂做成的薄膜,可把它看成是一 种高聚电解质。树脂上的可交换活性基团在水中电离成电荷符号 不同的两部分一一离子化 的活性基团和可交换离子。可交换离子. 进入馆液中,离子化的活性基团仍在膜上。对阳膜来说,带正电. 荷的川交换离子进入溶 液,使阳膜本身带负电荷,产生了静电 场,在外加直流电场作用下,溶液中运动着的阳离子将受到阳膜 的吸引而透过,阴离子则 受到阳膜电场的排斥作用而不能透过。 对阴膜来说,则与之相反,阴离子能透过而阳离子不能透过。把 离了交换膜的这种性质称 为选择透过性。电渗析法除盐就是利用 ,达个特性。
  水处理用的离子交换膜,要求具有较好的离子选择透过性, 且在外界条 件(电流密度、水流速、盐浓度、温度等)变化时仍 能保持这种选择透过性;膜的电阻应小于溶液的电阻(膜的电阻. 太大会陈低电 渗析效率)多膜对被处理的各种物质以及对电极反 应的生成物(C12、O2、H2等)都应有足够的化学稳定性等。
  按离子交换膜制造工艺分类,有均相膜和异相膜两种。单 纯山离子交换树脂做成的膜称为均相膜---即膜的各部分具有相 同的 性质。制造这种膜时,是将多孔性的物质(如聚乙烯薄膜、 纸等)在高分子聚合物溶液中浸渍,然后再分别嵌接上能离解出 阴,阳 离子的活性基团。均相膜中交换基团分布均匀,整个膜具 有均句一致的化学结构,但制造较复杂,机械强度小。另一种异 相膜, 是将离子交换树脂磨碎成粉,再与高分子粘合剂(如 聚苯 乙烯 聚乙烯醇 等)调匀后,涂在合成纤维布上经压轧等处理后 制成的 。其膜的化学结构不均匀,性能比不上均相膜,但制造容 易,供应量大,价格较低,机械强度大,用在给水除盐时其化学 性能可 满足基本要求,所以目前采用得较多。
  2. 电极反应和电极材料
由电渗析原理可知,在电渗析过程中,必须有电流不断地通 .过水溶液。这就会在两极上产生氧化还原 反应(即电解反应)。
   阴极反应: H++e- →½H2↑
   阳极反应: 40H- -4e- →O2↑+ 2H2O
                     2C1- - 2e- →C12↑
这时电极材料应为惰性金属或导电的非金属,否则电极将参与反 应而被溶解。用作电极材料的有:铅、外层镀铂的钛铁合金,石 等。铅的电极电势较小,腐蚀较快,但当水中含有较多SO4²-时, 则电极反应生成的Pb2和水中的SO4²-会生成PbSO4沉淀附着 电极上形成一层保护膜,保护电极不再进一步被腐蚀(若水中SO4²-含量不足时亦可在阳极室加5%Na2SO4)。石墨加工复杂 而且笨 重,镀铂的钛铁合金价钱又贵,因此我国目前都使用铅作 包极材料。
  3. 极化和沉淀
电渗析过程中,在阴、阳离子交换膜表面附近会发生一种称 为浓差极化的现象,如图2-25所示。 设在阳膜附近,水中的阳离 子是A+,阴离子是B-,A+能透过膜自右至左,B-不能透过,这 就造成了膜的右侧为淡水区,左侧为浓水区,c2>c1(C1、c2为 膜两侧AB日盐的浓度)。δ1、δ2分别为膜右左两侧表面水流边界 层厚度(印膜表而滞流层)。在δ1中,A+的迁移速度大于溶液 A+的迁移速度,即在右侧,(淡水区) c1' 水区)则国B-不能通过膜,要从δ2层 内迁移出来,但速度较 慢,从 而使C2'>C2',因此,随着电渗析过程的进行,在膜的两 侧以及标侧的溶液和膜界面之间都产生浓度差。

  当谈水室中c1'→0时,这时的工作电流密度称为极限电流密 度。当上作电流密度大于极限电流密度时,在δ1中就会产生水 电场作川下的离解。生成的H+和A+将一起透过膜,这就是浓 繁极化。此时电流效率将下降(因一部分电能消耗在水的电离及。 H+ 的迁移上)。不难推测,工作电流密度越大于极限电流密度, 则电流效冰越低。
  另一方面,由于c2 '>C2,所以左侧(浓水区)膜的附近将积 果起很高的盐浓度。当某些盐类的离子浓度超过其溶解度时就要 发生 盐的沉淀,这叫沉淀结垢(在阴膜主要为CaSO4、Mg(OH)2等,在阳膜主要为Fe(OH)2沉淀)。它的存在将减少离子交换膜的有效使 用面积,增加膜电阻,加大电能消耗及降低膜的使用 寿命。为了消除沉淀的产生,积极的方法是尽量减少极化的产 生,工你电流 密度应低于极限电流密度,水的分布要均匀,水力 学特性哭好,即要处于湍流状态。另外可采取一些措施防止沉淀 生成,如:在 水中加入六偏磷酸钠、羧甲基纤维素等药物(稳定。 剂):定期酸洗溶去已产生的沉淀(用1%左右HC1);定期倒换电 极,即运行一定 时间后把阳极改为阴极,阴极改为阳极,由于 电场方向改变。极化方向随之改变,这可使已生成的沉淀消除; 也可对原水进行预 处理(软化),先除去Ca2+、Mg2+等。
  常将电渗析与其它水处理技术组合起来,让各个水处理方法: 的特色得倒充分发挥,这对提 高产水质量,降低运行费用是很有 致的。如某些地区水的硬度较大,为了避免电渗析器沉淀结垢, 只好在较低的电流密度下运行 ,但这将影响脱盐效率,此时可在 电渗析器前加一磺化煤交换器。由于磺化煤价格便宜,可先用它 来除去水中Ca2+ ,Mg2+以减轻 电渗析器的负担。
电渗析法直接用于制取纯水和高纯水还不太经济,其原因是 水的纯度提高时,水的导电串降低,若继续增加电压,又会使水 离,消耗过多的能量,而水质却提高得很少。因此常把它串联 在混合床离子交换之前。目前有种新方法,叫做填充床式电渗
析法 ,它是将电渗析法与离子交 换法结合起来,见图2-26。它将 离子交换树脂填充在电渗析器淡 水区,巧妙地集中了电渗析和离 子交 换两种方法的优点。利用电 渗析过程中的极化现象对离子交 换树脂进行电化学再生,克服了 电渗析过程中极化现象的害处并 省去 了离子交换树脂的化学再生处理。填充在淡水室内的强酸性 和强碱性的混合树脂,在直流电作用下同时会产生三个过程。首 先阴 阳离子交换树脂分别和溶液中的正、负离子进行交换,例如 . A+与B-分别交换到树脂上;其次 是混合树脂上的A+及B-解吸下 来分 别通过阳膜及阴膜而进入浓水室;再次是极化作用促进水的 电离,电离出的H+和OH-分别被阳树脂和阴树脂吸附而使阳、阴 树脂分 别得到再生。由于膜与树脂紧密接触,A+和B-得以很快 地通过膜界面而消失,从而减少浓差极化,使电流效率上升。
  用电渗析法制取淡水的技术已较成熟,但目前设备的使用温 度限于40℃以下。如能提高些温度,例如在80℃进行则由于温 度高 后能使溶液的粘度下降,扩散速度和导电性都增加,就可以 在较高的电流密度下运行,降低运行费用。高温电渗析是目前有 开拓 前景的方向之一,关键是改进离子交换膜及渗析设备的各个 郭件,以克服高温所产生的一些问题。
(三) 反渗透法
  反渗透是20世纪60年代迅速发展起来的一^种水处理工艺。目 前它已川在海水淡化、城市供水、汽轮机冷却水、工业废水处理 等方面。反渗透是自然现象渗透的逆过程。
  此去 在一个容器中用一层半透膜(溶剂分子能通过,而溶质分子 不能通过的膜称为半透膜)把容器分隔成两部分。一边注水,一 边注盐常液,并使两边液位相等(图2-27) 。过去会儿,发现盐 溶液的液位比水的液位高△h。这说明有水分子通过半透膜进入 盐常液中, . 这叫渗透现象。渗透达到平衡时半透膜两方的液压差 称为该盐溶液的渗透压力。反过来,在盐溶液的一侧加一大于 协透压的压力,就能使盐溶液中的水分子迁移到水一侧去。因为 塘与酒透方向相反,故称为反渗透。利用这一原理制备纯水的方 法称为反渗透法。
  反渗透法能否得到实际应用的关键是半透膜的质量。目前可 实用的渗透膜(半透膜)有非对称性的醋酸纤维素膜(C A膜) 和芳香 族聚酰胺纤维膜两种。
  醋酸纤维素是没有强烈氢键的无定形链状高分子化合物。已 成型的膜外观为乳白色,半透明,有一定的韧性,具有不对称的 构(见图2-28)。表层(与空气接触层)结构致密,孔隙很 小,通称为表皮层或致密层,厚约1~10μm, 孔隙直径0.8~ 2nm。下层结构 疏松,孔隙较大,通称为多孔层或支撑层,其厚 度约占膜厚度的99%,孔隙直径约在0.1~0.4um。表皮层与多孔 层并无截然分开的 界限,其间还存在着孔隙直径为20nm的过渡 层。

  关于反渗透膜的透过机理,曾进行过不少研究,特别对醋配 纤维素膜的研究更多。迄今已有-些理论解释,但还不够完善。 中有一种“氢键机理”认为:水透过膜是因水分子和膜的活化 点(极性基团如羟基和酰基)形成氢键和断开氢键所致。即在一
定压 力作用下,盐水中的水分子和膜表皮层的活化点缔合,原活 化点上的结合水解离出来,解离出来的水分子继续和下一个活化 点缔 合,又解离出下一个结合水。这样,水分子通过一连串的结 合-解离过程(即氢键形成-断开过程),依次从一个活化点转 移到下一 个活化点,直至离开表面层,进入膜的多孔层。由于膜 的多孔层含大量的毛细管水,水分子便能畅通无阻地通过。整个 膜是被水 充分溶胀了的(不用时也保持在水中),但在表皮层水分较少。表皮层所含的水称为一级结合水(依靠氢键保持很紧的
水),一级结 合水没有溶剂化作用:故盐分不能溶解,从而也不 能能过膜。
  另一种为“选择性吸附土毛细管流”机理,它认为膜是由含 有适当的京水化学活性基团的多孔材料组成,在盐溶液中其表面 选择性的吸附能力一吸附水分 子而排斥盐分子。这样,在膜 溶液界面上:将形成-一个纯水层,当外界施加压力时,此水层中
纯水就不断通过毛细管而渗出。
  在运行过程中,由于水(溶剂)不断地透过膜,而水中所含的 悬浮物、微生物、细菌及某些难溶性盐等杂质易在膜表面结一层薄 期,这将影响膜的透水性能及增加操作压力,也会影响膜的使用 寿命,因而有必要对进水进行--些预处理如过滤、石灰沉淀处理 或在水中加入一些化学药品(如柠檬酸、酒石酸)来防止铁盐、 根酸款体结垢。用HC1调节水的pH值(4~6.5)或加入如六偏磷 酸盐等 稳定剂(或络合剂)也可防止碳酸盐析出。水中的微生物 自射膜造成污染,可在水中加氯来防止,但要考虑膜的耐氯性 能,如另香 族聚酰胺膜其耐氯性能较差。水中含氯也会影响膜的 保度,透水性及溶质的透过性等。预处理的深度与膜的组成、结 构以及设备 等均有关系,要根据具体情况而定。
  在运行过程中,膜的污染是难免的,因而必须定期清洗。常 用的物理方法有冲洗法(淡水),气-水喷射法、海棉球擦洗法 (适用 手管状设备)多常用的化学方法是用化学药剂配制成- -定 精度的馆液来冲洗,如用 柠檬酸 (1~2%)或 柠檬酸铵 溶液(1.5 w,6goL.-1)
并用HC1将水的pH值调至4~5, (溶液在系统内循 环冲院的5h。对于由油脂和蛋白质等有机物所生成的污染物,可 用香有酶的洗涤 剂在30~35°C下进行冲洗。

  关于反渗透装置的形式,已实现工业化的有四种:板框式、 管式,螺旋卷式和中空纤维式。它们各有优缺点。板框式是较早 用的一种装置,它由一定数量的多孔隔板组成,在板的里外两面粘贴着反渗透膜。被处理水在大于该水渗透压的外压作用下沿
膜间的间隙流过(见图2-29),透过膜的淡水在隔板内汇集并 引出。对于含固体颗粒量高的水,如食品工业、制药工业中常用 管式 装置。把膜镶在管的内壁,欲处理的水在管内流动,透过膜 的水通过管壁上的水孔流出后汇集称内压管式。如把膜装在管的 外壁 ,透过水通过管壁水孔在管内汇流称外压管式。此种装置采 用高速流动,故进水流动状态好、易安装,清洗及拆换方便。
  在海水淡化方面,目前以中空纤维式及螺旋卷式为主。卷式 装置示意图,如图2-30所示。将多层不同作用的材料依次迭合, 成筒状,再用固定带扎紧。使用时将它装在耐腐蚀、耐压的钢 管内。中空纤维式是把许多中空纤维(如三乙酰胺系纤维膜或芳
族聚酰胺系纤维膜)捆在一起,外罩聚酯制成的保护网,装于 耐腐蚀、耐压管内。当处理水进入管内后,透过水经中空纤维外 向内壁渗透。再从用粘合剂密封的纤维束开口端汇流引出,浓 缩液则由管内另一出口外流出来。此两类装置结构紧凑, 单位面 内膜的装载密度大, 但易堵塞,清洗困难。表2-5为各种型式 凤协透器的性能比较。

  反渗透法的应用范围相当广泛,因它能在常温及无相变化的 情况下分离水和溶质, 所以除了用来制备纯水外, 在其它方面应 也较多,如在食品工业中用于天然果汁提取、茶中提取物分 离,制 工业、制药工业(特别是对维生素、抗生素的分离与浓缩)以 及废污水的处理等方面,反渗透法的研究与应用工作在近 几年中进展甚快。国外把研究反渗透法作为生活污水的一-种深度 处理 法(经生物处理法后再进一步处理),共目的是将污水处理后 再作为工业用水使用,因而可以更加有效地利用水资源,对缺水
地区 显得特别重要。
  反渗透法的总除盐效率可达93% , SiO2也能除去80%,国外 报导这种方法制纯水很合算,我国也已在研究和应用,并正在迅 发展中。
  在工业废水处理中应用反渗透法的主要目的是从废水中回收 有价值的成分和使废水再用。如造纸废水经处理后可使出水无色 臭而能重复用于生产;从电镀工业废水中回收各种有价值的重 金属盐。这既能节约资源又能防止污染环境。这方面国外的研究报 道很多,国内也有不少的研究成果如北京、上海、广州等地用反 渗透法回收电镀废水中的镍、铭、镉等,并使处理后的出水达到 排放标准。
  (四) 超滤
  超滤、电渗析和反渗透都是近20年来发展起来的分高技术, 统称为膜分离法,超滤与反渗透法一样是以压力差为推动 力。将 欲处理水在-一定压力(1×10°Pa~1×10°Pa) 作用下经过一个 可让水和低分子量溶质透过而高分子物质,胶体物质不能 透过的
高分子膜,而达到分离的目的。
  超滤与反渗透法相比,在操作压 力及膜的孔径大小上有所区别而使分离对象有所不同,可见下 表。
超滤处理所用的膜材料及装 置与反渗透法相似。超滤膜为多 孔性膜,因而其分离机理主要是筛分效应,常以截留分子量(指 截留率达90%的分子量)来表示膜 的孔径特征。膜的孔径大小根 据具体要求来制备,其截留分子量可由1000到1×10。
  与反渗透法~样,在操作过程中要定期对膜进行清洗。由于 设备装置相似故清洗方法也相同。

  超滤法没有脱盐能力,但其操作压力低,设备简单,近年来 作为纯水制备的终端处理以及在其它如医药工业、食品工业及工 腹污水处理等方面均已加以应用。如用醋酸纤维素超滤膜来浓 缩、提取生物酶,使酶的活性提高,效能比用真空浓缩法提高
98.0%。使用超滤透过液来发酵、酿酒可使酒的质量相应提高。目 前低葡萄酒生产工艺中因使用此技术后,已明显表现出超滤法 优点,使经济效益提高,故已在同行业中推广应用。
  我国在70年代初才开始反渗透和超滤技术的研究,但发展速 度快,成就显著,推出了各种新的膜材料以适应各方面应用的需 。从应用范围来看也已很广泛,设备装置也从简单的板式过渡 回复杂的卷式及中空纤维式。为了推动海水淡化及水的再生再
用, 在1982年底还成立了中日海水淡化与再利用学会来指导这方 面的研究工作。

用户评论(共0条评论)

  • 暂时还没有任何用户评论
总计 0 个记录,共 1 页。 第一页 上一页 下一页 最末页
用户名: 匿名用户
E-mail:
评价等级:
评论内容:
验证码: captcha
配送方式
货物签收
化工运输方式
售后服务
退换货原则
销售条款
购物指南
注册新会员
订购方式
购买需知
支付方式
关于我们
先河原料科技
品牌文化
经营资质
营业执照
扫999化工微信下单支付