（化学工程专业论文）溴化丁基橡胶过程中溴化钠废水的处理.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 ， f 在溴化丁基橡胶的生产过程中，会产生含n a b r 的主要工业废水及部分由 n a b r 、n a 2 s 0 4 、n a 2 s 0 3 组成的工业废水。为了达到环境保护的目的，必须对这些废 水进行有效处理。选择电渗析方法处理上述废水，兼有开发水源、防止环境污染、回 收有用成分等多种意义。 电渗析是以溶液中的离子选择性地透过离子交换膜为特征的高效分离技术，属当 代高技术之一。目前，该技术除广泛运用于海水、苦咸水的淡化外，已迅速扩展到废 1 水处理和化工分离等领域，同时工艺技术目趋完善。少4 本文介绍了电渗析方法的基本原理和工艺流程，为有效防止浓差极化，进行了低 浓度n a b r 水溶液的不同浓度，不同流速条件的极限电流的测定。回归实验数据，导 出极限电流方程i = o 0 0 7 c o 7 4 8u 0 , 2 2 2 。 利用电渗析装置，分别进行了n a b r 、n a 2 s 0 4 、n a 2 s 0 3 三个单组分体系及它们 的混合体系的脱盐、浓缩性能的实验，测定了这些不同体系经过电渗析过程后所能达 到的最高浓缩浓度。利用实验数据，计算脱盐率、电流效率、能耗等参数。从技术角 度，探讨该方法的可行性。小试结果表明：电渗析方法能有效地对这些不同体系进行 较好的处理，同时浓缩回收其中的有用物质，实验所得数据可作为中试和工业放大的 基础。 关键词：电渗析膜分离废水处理溴化钠硫酸钠亚硫酸钠脱盐浓缩 i i i 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t w h e n m a n u f a c t u r i n gb r o m o b u t y lr u b b e r ，t w ok i n d so f w a s t e w a t e ra r ep r o d u c e d o n e i st h em a i nw a s t e w a t e rc o n t a i n i n gs o d i u mb r o m i d e ，t h eo t h e ri st h em i n o rw a s t e w a t e r c o n t a i n i n gs o d i u mb r o m i d e ，s o d i u ms u l p h a t e ，s o d i u ms u l p h i t e t op r o t e c te n v i r o n m e n t ，i t i sn e c e s s a r yt of i n da 1 1e f f e c t i v ew a yt ot r e a tt h e s ew a s t e w a t e r s ha l lp o s s i b l ew a y so fw a s t e w a t e r f f e a t m e n t ，e l e c t r o d i a l y s i s ( e d ) m e t h o di ss e l e c t e d t ot r e a tt h ee x i s t e dw a s t e w a t e ni t s a d v a n t a g ei s t o d e v e l o pw a t e rs o u r c ea n dp r e v e n t e n v i r o n m e n tf r o mb e i n gp o l l u t e d ，a tt h es a m et i m e ，t or e t r i e v eu s e f u lm a t e r i a l ss o l u b l ei n w a s t e w a t e r e l e c t r o d i a l y s i s i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tm e m b r a n em e t h o d sf o rs e p a r a t i o no r c o n c e n t r a t i o no fi o n si ns o l u t i o n sb a s e du p o nt h e i rs e l e c t i v ee l e c t r o m i g r a t i o n t h r o u g h i o n e x c h a n g em e m b r a n e ，w h i c ha p p l i e st o d e s a l i n a t i o no fs a l t e dw a t e r s ，p r o d u c t i o no f u l t r a p u r ew a t e r ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，c o n c e n t r a t i o n o fd i l u t e s o l u t i o n s ，s e p a r a t i o no f e l e c t r o l y t e sa n dn o n e l e c t r o l y t e s ，a n ds oo n t h eb a s i cp r i n c i p l e so fe l e c 仃o d i a l y s i sa n dp r o c e s sf l o ww e r ei n t r o d u c e di nt h i st h e s i s ， w em e a s u r e dt h el i m i t e dc u r r e n to fv a r i o u sv e l o c i t ya n dc o n c e n t r a t i o no fn a b ra n d c o n c l u d e dt h ef o r m u l ao fi l l m = o 0 0 7 c o 7 4 8u 0 2 2 2 t h ep a p e rm a i n l ys t u d i e dt h ed e s a l i n a t i o na n dc o n c e n t r a t i o np r o p e r t i e so fn a b r , n a 2 s 0 4 ，n a 2 s 0 3a n dt h e i rm i x t u r e sa n dm e a s u r e dt h e i rh i g h e s tm a s sc o n c e n t r a t i o n o b t a i n e da f t e r t h e y w e r et r e a t e d b ye l e c t r o d i a l y s i s f r o m t h e e x p e r i m e n td a t a ，w e c a l c u l a t e dt h ep a r a m e t e r s ：d e s a l i n a t i o ne f f i c i e n c y , c u r r e n te f f i c i e n c y , e n e r g yc o n s u m p t i o n ， e t c e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ee l e c t r o d i a l y s i si st e c h n i c a l l yf e a s i b l e i tp r o v i d e s b a s i cd a t af o rp i l o t 。e x p e r i m e ma n d i n d u s t r y e n l a r g e m e n t k e y w o r d s ：e l e c t r o d i a l y s i s m e m b r a n em e t h o dw a s t e w a t e rt r e a t m e n ts o d i u mb r o m i d e s o d i u ms u l p h a t es o d i u ms u l p h i t e d e s a l i n a t i o nc o n c e n t r a t i o n i v 浙江大学硕士学位论文 第一章前言 丁基橡胶是由异丁烯和少量异戊二烯合成的共聚物。自1 9 4 2 年问世以来，得到 了广泛的应用，己成为合成橡胶的一大品种川。它具有优异的气密性( 大约为天然橡 胶的1 0 倍【2 】) 和优良的抗热抗老化性和抗臭氧性，是制造各种轮胎的首选材料，也 在非轮胎工业有着广泛的运用口i ，具有很大的市场前景。但它也有硫化速度慢，粘着 性差，不易与其它胶共混的缺点。为此国内外学者进行了大量的改性工作，其中公认 最好的方法是卤化。卤化丁基橡胶不仅保留了丁基橡胶的所有优异特征，而且也克服 了它的三大缺点【4 】。所以，从丁基橡胶过渡到卤化丁基橡胶，是丁基橡胶发展的趋势。 1 9 9 9 年1 2 月，3 万r i g 年丁基橡胶生产装置在北京燕化公司己试车成功并顺利投入生 产，这填补了我国项空白，结束了丁基橡胶完全依赖进口的历史。为了进一步赶超 世界先进生产水平及满足国内对高性能橡胶制品的目益增长的需求，北京燕化公司橡 胶厂计划引进卤化丁基橡胶生产装置，其中氯化丁基橡胶也已试车成功，而溴化丁基 橡胶的生产，其本身的技术问题已经解决，制约该项目能否投产的关键是该过程中产 生的9 t h r 的n a b r 浓度为1 2 7 左右的主要工业废水拟待处理。因为如果将这种废 水直接排放，则会对环境造成污染，这显然是不符合我们日益关注的环保问题的。另 外，生产中还存在一部分由n a b r 、n a z s 0 4 、n a 2 s 0 3 组成的工业废水，对这部分废 水，同样需要进行有效的处理后才能排放。 从查阅的大量国内外发表的相关文献中，均未找到同类系统的上述废水的处理方 法。因此，利用我国现有的技术及相关设备，尽快找到一种有效的处理含n a b r 、 n a 2 s 0 4 、n a 2 s 0 3 的无机废水的方法及工艺显得十分重要。 水资源短缺是全球性的问题，我国也是一个水资源并不富裕的国家，北方城市更 是普遍存在缺水问题，为缓解北方用水，国家目前斥巨资启动南水北调工程。工业中， 一个现实的途径就是节约工业用水，若工业废水经过处理后能达到工业用水的标准， 实现水的循环利用，则可以节约大量的水资源。 此外，废水中的无机盐都是重要的化工原料，n a b r 广泛应用于工农业及医药卫 生行业，在照相业上常用来制感光胶片；医药上用作镇定剂，利尿剂，有加强大脑皮 层抑制的作用：在合成香料，医药和染料等工业上常用作溴化剂【5 】。n a 2 s 0 4 常用于 浙江大学硕士学位论文 造纸、合成洗涤剂、玻璃、陶瓷、染料、鞣革等工业中，其溶液在医疗上用作泻药。 n a 2 s 0 3 用作纸张、织物漂白剂，食品防腐剂和抗氧化剂以及照相显影剂等。在废水 处理的同时，若能对这些物质进行回收，则可以有一定的经济效益，大大降低废水处 理的成本。 因此，选择有效的方法对溴化丁基橡胶过程中产生的废水进行处理，并加以综合 利用，达到既保护环境又充分利用资源的双重目的，是本课题的重大意义所在。此课 题是北京燕山公司的合作项目，北京作为我国的首都，是国家的政治，经济，文化及 对外关系的窗口，特别是在取得2 0 0 8 年奥运会举办权后，提出“绿色奥运”的口号， 加强环境保护显得尤为重要。极力加强环境保护，充分利用各种资源，是我国持续发 展战略的重要内容。 浙江大学硕士学位论文 第二章文献综述 2 1 废水的来源及可能的处理工艺探讨 卤化丁基橡胶的工业化制备方法1 6 , 7 1 是溶液法，该方法的主要步骤是：( 1 ) 将丁 基胶溶于特定溶剂( 通常用己烷) ；( 2 ) 通入氯气或溴，直接卤化；( 3 ) 用稀碱液 ( n a 2 c 0 3 或n a 2 s 0 3 溶液) 中和卤化中产生的氢卤酸；( 4 ) 通入蒸汽，蒸发掉溶剂， 沉淀出胶一水浆液；( 5 ) 最后再通过闪蒸、过滤、洗涤、挤压和干燥等一系列步骤， 从胶一水浆液制得卤化丁基胶。在上述工艺过程中的第三步，会产生以n a b r 为主 的工业废水。从目前所查的资料看，虽也有关于n a b r 回收技术的介绍1 8 , 9 1 ，但在溴 化丁基橡胶的生产过程中产生的以n a b r 为主的工业废水的处理却未见报导。该废 水的主要特点是基本不含有机物，且无大的颗粒或胶体杂质( 即使有的话，也可利 用适当的预处理：如混凝、沉淀、过滤等方法除去) 。对于这种以可溶性无机盐为 主的工业废水【i o ( 而且也不适合转化为其他不溶性化合物，再利用沉淀法除去) ， 从目前所查阅的各种资料来看，有以下几种工艺可供讨论： 2 1 1 化学氧化法 ( 1 ) 氯气氧化法 2 n a b r + c 1 2 2 n a c l + b r 2 利用这种方法，会造成c 1 2 及n a c l ，n a 0 c 1 的二次污染，而且所产生的b r 2 尚 需用吹扫或萃取法分离。而蒸汽吹扫法的能耗大，并有相当多的b r 2 溶解在水中。 如采用有机溶剂萃取，则会造成有机溶剂的二次污染，并且在操作上也不方便。 ( 2 ) h 2 0 2 0 3 氧化法 2 b r 一十 0 3 + 2 h + 一b r 2 十h 2 0 此反应需在酸性条件下进行，不仅会消耗大量的酸，并且还需解决由酸带来的 二次污染问题，所产生的b r 2 也同样需要进一步浓缩和分离。 浙江大学硕士学位论文 2 1 2 离子交换树脂法 离子交换树脂法的实质是不溶性离子化合物( 离子交换树脂) 上的可交换离子 与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸 附。该方法作为水质软化和除盐的常用方法之一，一般只适用于盐浓度较低的情况 下。因为利用该方法进行水处理时，当离子交换树脂失效后，需要大量的酸、碱进 行再生，水洗时又有大量的酸、碱排放，不仅操作上不方便，而且消耗的大量酸、 碱会带来严重的二次污染问题。 2 1 3 反渗透法 反渗透法( r o ) 】是利用反渗透膜选择性的只能透过溶剂( 通常是水) 而不 能透过溶质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反 渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。该方法应用于海水、苦咸水的淡化， 在纯水和超纯水制备方面运用的最多。而本课题要求对废水处理的同时，进行无机 盐的浓缩，并要求浓缩液浓度高达1 5 ，为达到如此高的浓度，反渗透压力需要几 百个大气压以上，这就对反渗透膜提出了很苛刻的要求，所需能耗也急剧增加，在 技术实现上有一定难度。 2 1 4 离子交换膜电渗析法 电渗析法( e d ) “”是以直流电为推动力，利用阴阳离子交换膜对水溶液中阴 阳离子的选择透过性( 即阳膜只允许阳离子通过、阴膜只允许阴离子通过) ，使一 个水体中的离子通过膜迁移到另一个水体中的物质分离过程。该技术最早成功运用 的是海水及苦咸水的淡化，随着工程技术的提高，运用领域逐渐扩大，现己成功运 用于：海水浓缩制盐，废水处理，牛奶及乳清脱盐，血清、疫苗精制，稀溶液中羧 酸回收以及丙烯腈的电解还原等。 电渗析与反渗透作为新兴的膜法分离技术，目前在水处理方面有着广泛的运 用，特别是在海水、苦咸水淡化制取饮用水和工业用水方面，从经济和技术角度考 虑，都有着较强的竞争力。就其过程特征而言，可区分为从咸水中取水与从咸水中 浙江大学硕士学位论文 脱盐。它们都可根据不同的处理量及处理后水质的不同要求，通过“级”、“段”和 “串”、“并”的设计，来达到制取各种不同水质的目的。但在浓缩回收废水中有用 物质方面，电渗析和反渗透相比： ( 1 ) 电渗析的推动力是直流电场，要达到高的浓缩浓度，既可通过“级”、“段” 和多台电渗析器的串联、并联来实现，又可通过不同的流程( 直流式、循环式或部 分循环式) 来实现，操作上更为方便；而反渗透的推动力是压差，要达到高的浓缩 浓度，所需的外加压力就必须比较大，对反渗透膜的抗压能力就提出了比较高的要 求，如果通过增加“级”、“段”来满足浓度要求，则设备规模就会很大。 ( 2 ) 电渗析法不需要高压泵来输送液体，不存在高压泵的强烈噪音，对环境的 污染更少。 ( 3 ) 般认为，离子交换膜比反渗透膜抗污染性能强，机械强度大，使用寿命 长，对水的预处理不如反渗透法严格。 从技术的成熟度及现有的膜材料和设备条件看，在废水处理兼浓缩回收有用物 质方面，电渗析技术成功运用的e e 较多。因此，本课题选用电渗析方法。 2 2 电渗析技术 2 2 1 电渗析发展概况 电渗析”3 。“3 是从对“膜”现象的研究开始的。初期的研究可以追溯到两个世纪 以前。大多数历史性的报道，都是从1 7 8 4 年法国学者a n o l l e t 首次采用膀胱膜分 离水和乙醇的实验开始的。这项实验发现和证实了水能透过动物膜的渗透现象， 1 8 6 3 年d u b r u n f a u t 制成了第一个膜渗透器，成功地进行了糖与盐类的分离，从此 开创了膜分离的历史纪元。1 9 0 3 年m o r s e 和p i e r c e 把两根电极分别置于透析袋内 部与外部的溶液中，发现带电的杂质能迅速地从凝胶中除去。1 9 4 2 年p a u l i 采用化 工设计的原理，改进m o r s e 的实验装置，力图减轻极化，增加传质速度。虽然他们 都是采用非选择性透过膜，但这些开拓性的工作，为以后实用电渗析的开发产生了 启迪性的作用。 科学技术的发展从来都是相互影响、相互促进的。电子显微镜与原予示踪等现 代技术的出现，使膜的研究进入了个新的阶段a 从本世纪4 0 年代起，人们进入 浙江大学硕士学位论文 了对膜理化性能与传递机理的研究，解释膜现象的各种理论相继而出。人们已经了 解到，动物组织的膜具有使离子选择透过的现象，更重要的是，从对生物膜的研究 转向人工合成高分子膜，开始向工程开发迈进。1 9 4 0 年m e y e r 和s t r a u s s 提出了具 有实用意义的多隔室电渗析装置的概念。特别是1 9 5 0 年j u d a 试制成功了具有高选 择透过性的阳、阴离子交换膜以后，奠定了电渗析工程的实用基础。 从5 0 年代初期以来，开始了对电渗析工艺与离子交换膜开发研究并重的时代， 并确定了这门崭新的电渗析工程学。 世界上第一台电渗析装置于1 9 5 2 年由美国i o n i o s 公司研制成功，1 9 5 4 年首先 在苦咸水淡化中获得应用，从此，该项技术便在欧美等工业发达国家迅速推广开来。 日本在5 0 年代末就注重这一技术的开发研究，6 0 年代初，日本成功研制出1 1 价 离子选择透过膜，从而开辟了电渗析技术的第二大应用领域浓缩海水制盐。由 于性能优良的单价离子选择性透过膜的研究成功和工艺技术的精湛，使日本在电渗 析海水浓缩制盐技术方面至今保持领先地位。1 9 7 0 年后，日本亦将电渗析工程用于 苦咸水淡化。1 9 7 4 年在野岛建造了日产饮用水1 2 0 t 的海水淡化装置，为当时世界 上最大的海水淡化装置。现在世界上研究电渗析的国家有美国、日本、前苏联、英 国、法国、意大利、德国、加拿大、以色列、荷兰、中国和印度等。在技术上，美 国和日本领先。日本产的膜几乎占国际市场的8 0 。7 0 年代以后，前苏联发展也 很快。 随着电渗析技术的发展，单台电渗析器的产水量与脱盐率有大幅度的增加，淡 化工厂的规模越来越大。目前国外有千台以上的大型装置在运转。 另外，近2 0 年来，电渗析技术在废水处理和化工分离中的应用研究也取得了 一定进展。 从世界范围看，近些年来在反渗透技术飞速发展的新形式下，电渗析技术的研 究旨在，完善和提高已有的技术，努力降低应用成本，从而提高自身的竞争能力。 我国电渗析技术的研究较国外要晚1 0 年左右，但自从1 9 5 8 年开展电渗析技术 研究以来，已取得了很大的成绩。在6 0 年代初，小型电渗析装置便投入海上试验。 1 9 6 5 年，在成昆铁路上安装了第一台苦咸水淡化装置。1 9 6 7 年异相离子交换膜投 入生产，为电渗析技术的推广应用创造了条件。7 0 年代以来，电渗析技术发展较快。 理论研究逐渐深入，装置容量迅速增加，应用范围逐渐扩大。近几年来，在离子交 浙江大学硕士学位论文 换膜、隔板、电极等主要装置部件与本体结构的研究方面都有所创新，装置在向定 型化，标准化发展，在系统工程设计和装置的运行管理方面也积累了比较丰富的经 验。离子交换膜的产量稳定在3 5 00 0 0 m 2 左右，约占世界离子交换膜产量的1 3 。 现在日产数千吨级的苦咸水淡化装置与二百吨的海水淡化装置已投入运转。同时， 在锅炉软化水、医药、化工、食品饮料等各种纯水的制备中也获得了广泛应用。 目前，我国的电渗析技术除成功的用于海水、苦咸水淡化和各种纯水的制各外， 在废水处理和化工分离领域也进行了大量探索性的工作。在技术目趋成熟的基础 上，电渗析技术国家标准业已制定，这将有助于促进我国电渗析技术的提高与推广。 2 2 2 电渗析的作用和进展 电渗析技术是新兴膜法分离技术之一，该技术最早成功运用的是海水及苦咸水 的淡化方面，自2 0 世纪5 0 年代确立以来，在工程技术上迅速提高，应用领域逐步 扩大。几十年来，已在海水、苦咸水淡化制取生活饮用水和工业用纯水、超纯水方 面，发挥了显著的效果。同时，电渗析技术在废水处理、食品工业和化工产品的精 制中也发挥着越来越大的作用。它以许多出色的应用实例，证实了其在技术上的先 进性以及其他方法所无法比拟的若干优异的特点。 就过程基本原理而言，电渗析工程至少有以下四方面的用途： ( 1 ) 从电解质溶液中分离出部分离子，使电解质溶液的浓度降低。如海水、苦 咸水淡化制取饮用水和工业用水；工业用初级纯水的制备；放射性废水的处理等。 这是目前电渗析技术最成熟、运用最广泛的领域。 ( 2 ) 把溶液中部分电解质离子转移到另一溶液系统中去，并使其浓度提高。海 水浓缩制盐是这方面成功运用的典型实例。又如电渗析处理化纤厂去酸水回收 n a 2 s 0 4 、h 2 s 0 4 、z n s 0 4 ；处理铝制品漂洗废水回收n a o h ，造纸黑液中碱的回收，印 刷电路c u c l 2 废水的处理，也属这方面的具体运用。 ( 3 ) 从有机溶液中去除电解质离子。目前主要用于食品和医药工业。在牛奶和 乳清脱盐1 5 1 、糖类脱盐、丙烯磺酸钠中分离n a c l 、氨基酸精制中应用得比较成功。 ( 4 ) 电解质溶液中，同电性但具有不同电荷的离子的分离和同电性同电荷离子 的分离。使用只允许一价离子透过的离子交换膜浓缩海水制盐，是前者工业化应用 的实例。也有人研究用电渗析法分离金银u 6 以及用该法分离氟氯离子f 1 7 】。 浙江大学硕士学位论文 本实验中。我们把电渗析技术在前两个方面的成功运用结合起来，把含一定浓 度的n a b r 废水作为原料水，通过电渗析装置，达到脱盐、浓缩的双重目的，既可 使废水中的n a b r 浓度降低至达到排放标准，实现水的循环利用。又可对提浓后的 n a b r 溶液进一步处理，以便回收利用。 2 2 3 电渗析技术在废水处理方面的应用 电渗析用于废水处理，兼有开发水源、防止环境污染、回收有用成分等多种意 义。目前，该项技术己普遍应用于化工、冶金、造纸、纺织、轻工、制药等工业废 水的处理，并取得了较好的效果，具有显著的社会效益【l 引。下面试图对电渗析技术 在工业废水方面的应用进行一般总结，并指出了电渗析技术在水处理方面具有的一 些优点。 化学工业废水的处理：在化工行业中，往往释放出含酸、碱、盐的废水。尤其 是低浓度废水，若直接排放，既浪费资源又污染环境。采用常规的方法处理比较困 难且成本较高。若选用电渗析方法提浓后，再用常规方法处理，可大大提高效率， 降低成本。如：薛德明等【19 】用电渗析处理含锌废水，可使原水中z n 2 + 浓度由1 2 0 p p m 降到2 p p m 以下，电流效率约9 0 ；使含氯化锌5 2 1 3 m g l 和4 3 0 0 3 m g l 的原水浓缩 至1 4 5 9 5 m g l 和9 1 2 1 9 m g l ；控制操作条件还可构成闭路循环，既可浓缩回收锌盐， 使水回用，又消除了污染源。他还用该法浓缩回收稀土矿铵盐废液，对诸多影响 电渗析浓缩和脱盐效果的工艺参数进行了试验研究。结果表明，采用该法浓缩处理 稀土矿铵盐废水是一条颇有前途的新型处理方法。宋德政等人【2 ”用电渗析方法处理 化纤厂粘胶单丝淋洗废水，试验研究的结果表明：该法能将酸和盐浓缩到2 0 0 9 l 左右，为蒸发回收固体n a 2 s 0 4 和h 2 s 0 4 、z n s 0 4 浓液奠定基础；又能将淡化水中的盐 脱到几百毫克升，可做洗涤用水，既消除了酸和锌对环境的污染，又获得了显著 的经济效益。有多人 2 2 , 2 3 2 4 1 研究用电渗析治理糠醛废水回收乙酸，并通过中型试验， 使原含1 2 5 的乙酸废水浓缩至2 0 ，为萃取一精馏操作提供条件，治理后的废 水含酸量 0 3 强度 控制电渗析过程离子迁移数，0 9 50 9 5 的脱盐效果、电水的浓差渗透系数，m l c m 2 h n o 9 2 40 0 2 4 传质性能耗、最大浓缩度、水的电渗系数，m l m a h 0 0 0 5 70 0 0 4 3 产水率等指标的 性能因素 影响电渗析过程 电学性能膜的面电阻，q c m 2 1 21 3 能耗的性能指标 膜对应用介质、温 化学度、化学清洗剂以 耐酸碱、耐氧性、耐温性 一般 稳定性及存放条件的适 应性能 它们的结构如下： 磺酸型阳膜： 王匠 一h 基膜固定基团解离离子( 或称反离子) 、， 活性基团 季铵型阴膜： j 互窭! 于o h - 基膜 固定莲望堡乡离子或称反离子 活性基团 离子交换膜是种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜。其所以具有 选种性，主要是由于膜上孔隙( 让离子通过) 和膜上离子基团的作用。 浙江大学硕士学位论文 在水溶液中，膜上的活性基团会发生解离作用，解离所产生的解离离子( 或称 反离子，如阳膜上解离出来的盯和阴膜上解离出来的o h + ) 就进入溶液。于是，在 膜上就留下了带有一定电荷的固定基团。存在于膜微细孔隙中的带一定电荷的固定 基团，就好比在一条狭长的通道中设立的一个个关卡，以鉴别和选择通过的离子。 阳膜上留下的是带负电荷的基团，构成了强烈的负电场。在外加直流电场的作用下， 根据异性相吸的原理，溶液中带正电荷的阳离子就可被它吸引、传递而通过微孔进 入膜的另一侧，而带负电荷的阴离子则受到排斥；相反，阴膜微孔中留下的是带正 电荷的基团，构成了强烈的正电场，也是在外加直流电场的作用下，溶液中带负电 荷的阴离子可以被它吸引传递透过，而阳离子则受到排斥。这就是离子交换膜具有 选择透过性的主要原因。 电极：钛板涂二氧化钌电极，此电极的电化学性能和耐腐蚀性能优良，使用寿 命长，适用范围广，并可用于倒换电极工艺；电极实际上是第一类导体( 电子导电) 和第二类( 离子导电) 的“桥梁”。在电渗析器中，通过电极引入直流电源，引起 电极反应，成为电渗析过程的驱动力。 隔板：聚丙烯无回路隔板，由隔板框和隔板网组成，它包括进出水布水孔、密 封周边、布水槽和网格四部分。该类型隔板的流程短而流道宽，水头损失小，适应 于各种工艺流程。其作用是：1 ) 作为阴、阳离子交换膜的隔离物和支撑物：2 ) 与 离子交换膜一起构成液流通道，使其按规定方向流动，以形成浓水隔室与淡水隔室； 3 ) 使液流分配趋于均匀，促进液流搅拌混合，减少浓度扩散层厚度，强化传质过 程；4 ) 隔板框与离子交换膜一起构成隔室的密封周边，保证隔室内液体不外流。 在该装置上，我们分别对n a b r 、n a 2 s 0 4 、n a 2 s 0 3 三个单组分的水溶液及其混合 液进行了电渗析性能的测试，实验中所用的主要仪器和试剂如下： n a b r分析纯上海试四赫维化工有限公司 无水n a 2 s 0 4化学纯上海金山化工厂 无水n a z s 0 3化学纯浙江省永嘉县化工试剂厂 去离子水浙江大学 一体化小电渗析器自行组装 6 1 4 c - 3 电子交流稳压器杭州西行无线电仪器厂 德国产的五位折光仪 v e r t r i e b s a t ejl u n g m e g e r f i t e 浙江大学硕士学位论文 d d s 一“a 型电导率仪 d j s l 型电导电极 t g 3 2 8 a 型分析天平 5 0 1 型超级恒温仪 3 2 实验流程 上海雷磁仪器厂 上海电光器件厂 上海天平仪器厂 上海市实验仪器厂 极限电流的测定 s l , s 2 ，要求保持浓、淡液浓度不变。对于浓缩室，采用的是循 环式的流程，之所以可以这样做，一方面是整个循环过程，浓缩液的浓度变化很小： 另一方面，浓缩液的浓度变化对极限电流影响很小，采用循环式流程不会影响实验 结果。而对于淡化室，采用的是一次式的流程，因为淡化室的浓度比较低，这样做， 保证了淡化室内的溶液浓度保持不变，满足了实验要求。 进行脱盐、浓缩性能测定时，使用由一级一段3 0 对膜组成的小电渗析器来确 定：利用电渗析方法能否达到对原水的处理要求。实验过程中采用的是循环式流程。 ( 1 ) 对脱盐过程：取 茸脚 浙江大学硕士学位论文 表4 5 ”2 = 6 1 7 c m j s 时 表4 6 1 93 = 4 9 4 c n d s 时 安培a 图4 51 0 9 0 p p m - - 6 7 c m s 时的伏一安曲线图 3 0 安培，a 图, 1 - - 61 0 9 0 p ! 锄- - 49 4 e m s 时的伏一安曲线圈 8 7 6 5 4 3 2 三【铒| 8 7 6 5 4 3 2 邕曾 浙江大学硕士学位论文 表4 7 ud = 3 7 1 c m s 时 表4 8 1 95 = 2 4 7 c m s 时 0812 6 2d2428 安培，a 图4 - - 71 0 9 0 p p m - - 37 1 c m s 时的伏一安曲线图 o e12 162024 安培 1 訇4 - - 81 0 9 0 p p - - 24 7 c s 时的伏一安曲线圈 上述各伏一安曲线中，两直线的交点所对应的横坐标值即为该条件下的i l i 。 从以上一组图表中看出：同浓度下，液流速度越大，其所对应的i l l 。也越大。 其它浓度下测得的实验数据按上述方法，同样可求得其对应的i ，结果汇总 于表4 9 ： 浙江大学硕士学位论文 表4 9 不同浓度、不同流速下的极限电流值 n 蓬：c m s 浓度i 极限运赢 24 737 149 46 1 77 4 1 p p m a 1 0 9 01 5 6 51 7 6 819 0 519 6 82 0 1 3 2 2 7 026 9 927 9 631 4 83 5 3 136 5 0 2 8 6 034 8 237 8 639 7 84 0 4 74 2 4 7 3 5 0 037 5 643 0 944 1 14 5 5 34 6 3 9 从表4 9 中数据可看出，脱盐室内溶液的浓度和流速都对极限电流有比较大 的影响，其影响关系可用下面的公式来拟合：1 1 。= k c m v “， 如令k = k c ( 即恒定某一浓度) ，则：i l i m = k v “ 用双对数绘制i l i m - v 关系图，参见图4 9 ，即可得某一溶液浓度下的直线关系 图。同理可作得其余浓度的直线，4 个试验