电渗析法 .pptx

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电渗析技术PPT课件

❖ 如果膜上的活性基团少，则其静电吸引力也随之减少，对同电荷离子的排斥作用也减少，降低了对阳离子的选择透过性；
❖ 如果膜外溶液浓度很大，则扩散双电层的厚度会变薄，一部分带负电荷的离子靠近阳膜的机会增大，并导致非选择性透过阳离子交换膜；对阴离子交换膜的情况恰好相反。由此可得电渗析的规律：
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4. 水的渗透 ❖ 水由淡化室透过膜向浓缩室中迁移。随着浓水
与淡水浓度差的增加，水的渗透量增大。 5. 水的电渗透 ❖ 离子在水中与水分子结合成为水合离子。 ❖ 由于离子的水合作用，在反离子迁移和同名离
子迁移过程中都携带一定数量的水分子同时迁移。 ❖ 反离子迁移的同时从淡化室带出水，同名离子迁移则相反。相比之下，反离子迁移从淡化室带出的水量大于同名离子带出水量。
C 。在浓室中阴膜与水界面上的浓水含盐量为C1’， C1’﹥ C1。在膜的两侧出现两个厚度为δ的扩散层。随着电流的增加，淡室中C和C’不断下降。
❖ 当C’＝0时，阴膜与水界面上的阴离子全部参加了电迁移，这时的电渗析过程处于临界状态。如果继续增加电压，使操作电流超过极限电流时，迫使界面处的水分子解离成H+和0H—参加电荷的传递，即产生了“极化”。
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3.电渗析技术的发展特点
采用电渗析法进行海水深度除盐，制取含盐量约为 500mg/L的初级纯水。电渗析法和离子交换法联合应用，制取高纯度水。 ❖ 电渗析谈化水站向自动化、电子计算机控制的无人操作方向发展。 ❖ 为了降低海水淡化的能量消耗，研究高温电渗析和中温电渗析。研究利用太阳能加热海水和太阳能发电。此外，也利用风力发电机取得廉价电能。 ❖ 离子交换膜可称为电渗析器的心脏。研制各种性能的离子交换膜就可以扩展电渗析的应用领域。

电渗析分离技术PPT课件

膜的导电性与下列因素有关 1 膜内固定基团的浓度和含水率, 随之增高 2 反离子的影响, 反离子淌度大,则导电能力大 3 膜外浓度, 随之增高 4 温度, 随之增高膜电位和膜的选择透过度
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影响离子交换膜选择透过度的因素膜的固定基团浓度和孔径, 浓度大孔径小, 透过度好; 适当的交联度有利透过度的提高; 外界溶液浓度大,不利与透过度
Tji随电流密度的升高而下降, 到达某电流密度时保持稳定; 随脱盐液流速增大而升高; 随脱盐总浓度的增大而升高; 与脱盐液离子的组成无关; 符合下式
膜的交换基团相同, 交联度大孔径小的膜, 以及离子在膜内的淌度对反离子的选择透过性起主导作用; 反之, 膜内的反离子浓度起主导作用
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16.2.3 离子交换膜的电化学性能
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Donnan平衡理论膜在电解质中离解产生离子与溶液中的离子进行交换平衡
膜中离子平衡
当CR >>C,
CN为Cl-, Cg为Na+, CR为X-
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• 影响膜选择性的因素: 膜的固定离子浓度越高, 膜的选择性越好; 溶液的离子浓度大, 膜的选择性差
• 离子水合和迁移数
• 离子在水溶液中存在水合离子,离子运动时, 水合层也随着运动. 基本水合层随离子运动,与外部因素无关, 二级水合层不固定, 但定向排布. 基本水合层的水分子数为水合数,离子价数越高, 水合程度大. 水合程度大, 在水溶液中运动阻力大, 易引起水的电渗析和逃水现象.
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影响极限电流密度的因素
电解质溶液的浓度二者呈正比电解质溶液的组分溶液温度, 提高温度,极限电流增大流体力学条件: 扩散层厚度呈反比离子交换膜: 离子在膜内与溶液内迁移数之差与极限电流呈反比

《渗析与电渗析》课件

优缺点比较
总结词
渗析与电渗析各有其优缺点。
详细描述
渗析的优点在于工艺简单、操作方便、能耗低，尤其适用于小规模处理。但其缺点在于处理效率较低，膜通量较小，且对溶质的去除效果有限。电渗析的优点在于处理效率高、可实现离子的定向迁移和选择性去除，尤其适用于大规模处理。但其缺点在于能耗较高，膜成本和维护成本也相对较高。
实验结果与讨论
实验结果
讨论
通过实验操作，观察到盐溶液在渗析与电渗析作用下的分离效果，记录相关数据。
探讨实验过程中可能存在的误差来源，分析实验结果在实际应用中的意义，提出改进措施。
结果分析
对实验数据进行处理和分析，得出渗析与电渗析的分离效果与操作条件之间的关系。
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《渗析与电渗析》ppt课件
目录
• 引言 • 渗析原理 • 电渗析原理 • 渗析与电渗析比较 • 实验与实践 • 总结与展望
01
引言
课程简介
课程名称：《渗析与电渗析》
课程性质：专业选修课
适用对象：化学工程、环境工程、生物工程等相关专业的本科生和研究生
课程目标
掌握渗析和电渗析的基本原理、工艺流程和应用领域
总结词
渗析与电渗析在处理水方面的工作原理存在显著差异。
详细描述
渗析是一种自然发生的物理过程，通过扩散作用将溶质从膜的一侧传递到另一侧。而电渗析则是在外加电场的作用下，利用离子的电迁移和离子交换膜的选择透过性，实现离子的定向迁移和分离。
应用领域比较
总结词
渗析和电渗析的应用领域各有侧重。
详细描述
渗析主要应用于脱盐、软化水、废水处理等领域，特别是在低浓度溶液的处理上有优势。而电渗析则在工业废水处理、海水淡化、食品加工等领域应用广泛，特别是对高盐度、高硬度、重金属离子等污染物的去除效果显著。

电渗析技术ppt培训讲学共53页文档

40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
电渗析技术ppt培训讲学
•Hale Waihona Puke 6、黄金时代是在我们的前面，而不在我们的后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚的工人总是说工具不好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎能克服任何恐惧。因为，请记住，除了在脑海中，恐惧无处藏身。-- 戴尔．卡耐基。

电渗析法

电渗析法（electrodialysis【ED】）是利用离子交换膜进行海水淡化的方法。

离子交换膜是一种功能性膜，分为阴离子交换膜和阳离子交换膜，【简称阴膜和阳膜】。

阳膜只允许阳离子通过阴膜只允许阴离子通过，这就是离子交换膜的选择透过性。

在外加电场的的作用下，水溶液中的阴，阳离子会分别向阳极和阴极移动，如果中间再加上一种交换膜，就可能达到分离浓缩的目的。

电渗析法就是利用了这样的原理。

基本原理和特点电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。

当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。

阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。

结果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。

而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。

从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。

电渗析和离子交换相比，有以下异同点：（1）分离离子的工作介质虽均为离子交换树脂，但前者是呈片状的薄膜，后者则为圆球形的颗粒；（2）从作用机理来说，离子交换属于离子转移置换，离子交换树脂在过程中发生离子交换反应。

而电渗析属于离子截留置换，离子交换膜在过程中起离子选择透过和截阻作用。

所以更精确地说，应该把离子交换膜称为离子选择性透过膜；（3）电渗析的工作介质不需要再生，但消耗电能；而离子交换的工作介质必须再生，但不消耗电能。

电渗析法处理废水的特点是；不需要消耗化学药品，设备简单，操作方便。

应用电渗析法最先用于海水淡化制取饮用水和工业用水，海水浓缩制取食盐，以及与其它单元技术组合制取高纯水，后来在废水处理方面也得到较广泛应用。

入在废水处理中，根据工艺特点电渗析操作有两种类型：一种是由阳膜和阴膜交替排列而成的普通电渗析工艺，主要用来从废水中单纯分离污染物离子，或者把废水中的污染物离子和非电解质污染物分离开来，再用其它方法处理；另一种是由复合膜与阳膜构成的特殊电渗析分窝工艺，利用复合膜中的极化反应和极室中的电极反应以产生H+离子和OH-离子，从废水中制取酸和碱。

电渗析课件

电渗析过程原理及应用一、电渗析过程原理电渗析是指在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性的定向迁移，透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。

电渗析过程的原理如图所示，在正负两电极之间交替地平行放置阳离子和阴离子交换膜，依次构成浓缩室和淡化室，当两膜形成的隔室中充入含离子的溶液并接上直流电源后，溶液中带正电荷的阳离子在电场力作用下向阴极方向迁移，穿过带负电荷的阳离子交换膜，而被带正电荷的阳离子交换膜所挡住，这种与膜所带电荷相反的离子透过膜的现象被称为反离子迁移。

同理，溶液中带负电荷阴离子在电场力作用下向阳极运动，透过带正电荷的阴离子交换膜，而被阻于阳离子交换膜。

其结果是使第2、4浓缩室的水中离子浓度增加；而与其相间的第3淡化室的浓在实际的电渗析系统中，电渗析器通常由100-200对阴、阳离子交换膜与特制的隔板等组装而成，具有相应数量的浓缩室和淡化室。

含盐溶液从淡化室计入，在直流电场的作用下，溶液中荷电离子分别定向迁移并透过相应离子交换膜，使淡化室溶液脱盐淡化并引出，而透过离子在浓缩室中增浓排出。

由此可知，采用电渗析过程脱除溶液中的离子基于两个基本条件：直流电场的作用，使溶液中正负离子分别向阴极和阳极做定向迁移；离子交换膜的选择透过性，使溶液中的荷电离子在膜上实现反离子迁移。

电渗析器, 就是利用多层隔室中的电渗析过程达到除盐的目的，电渗析器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。

电渗析器中，阴阳离子交换膜交替排列是最常见的一种形式，事实上，对一定的分离要求，电渗析器也可单独由阴离子或阳离子交换膜组成。

电渗析脱盐过程与离子交换膜的性能有关，具有高选择性渗透率、低电阻力、优良的化学和热稳定性以及一定的机械强度是离子交换膜的关键。

二、电渗析的基本理论1、Sollner双电层理论1949年Sollner提出解释离子交换膜的双电层理论，以阳离子交换膜为例，当离子交换膜浸入电解质溶液中，膜中的活性基团在溶剂水的作用下发生解离产生反离子，反离子进入水溶液，膜上活性基团在电离后带有电荷，以致在膜表面固定基团附近，电解质溶液中带相反电荷（可交换）的离子形成双电层。

膜分离技术电渗析PPT讲稿

4. 水的渗透过程：由于电渗析过程的进行中，浓水室的含盐量要比淡水室高。从另一角度讲，相当于淡水室中水的浓度高于浓水室中水的浓度，于是产生淡水室中的水向浓水室渗透，浓差愈大，水的渗透量愈大，这一过程的发生使淡水产量降低。
5. 水的分解：是由于电渗析过程中产生浓差极化或中性水离解成OH-和H+所造成，控制浓差极化可防止其产生。
电渗析中的传递过程
6. 水的电渗析过程：由于操作条件控制不良而造成极化现象，使淡水室中的水解离成H+和OH-，在直流电场的作用下，分别穿过阴膜和阳膜进入浓水室。此过程的发生将使电渗析器的耗电量增加，淡水产量降低。
7. 压差渗透过程。由于淡化室与浓缩室的压力不同，造成高压侧溶液向低压侧渗漏。
总之，电渗析器在运行时，同时发生着多种复杂过程，除反离子迁移是电渗析的主要过程外，其余几个过程均是电渗析的次要过程。但在这些次要过程的影响下，将使电渗析器的除盐或浓缩效率降低，电耗增加。因此，必须选择合适的离子交换膜和适宜的操作条件，以便抑制或改善这些不良因素的影响。
电渗析器的组装及反离子迁移过程：阳膜上的固定基团带负电荷，阴膜上的基团带正电荷。与固定基团所带电荷相反的离子被吸引并透过膜的现象称为反离子迁移。例如：淡水室中的阳离子（如 Na+）穿过阳膜，阴离子（如Cl-）穿过阴膜进入浓水室就是反离子迁移过程，电渗析器即借此过程进行海水的除盐。（主要传递过程）
2. 同性离子迁移：与膜上固定基团带相同电荷的离子穿过膜的现象，称为同性离子迁移。由于离子交换膜的选择透过性不可能达到100%，因此，也存在着少量与膜上固定基团带相同电荷的离子穿过膜的现象。这种迁移与反离子迁移相比，数量虽少，但降低了除盐效率。
电渗析中的传递过程

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隔板：分浓、淡水隔板，交替放阴阳膜之间，使阴膜和阳膜之间保持一定间隔，隔板平面水流，垂直隔板平面电流。隔板厚离0.9毫米。
极区：包括电极、极框和导水板。电极：为连接电源所用极框：放置电极和膜之间，膜帖到电极上去，起支撑作用。压紧装置：是用来压紧电渗析器，使膜堆、电极等部件形成一个整体，不
致漏水。
在阴极上：
H2O —→H++OH2H++2e —→H2↑ Na+ + OH- ＝ NaOH
在阴极室由于H+离子的减少，放出氢气，极水呈碱性反应，当极水中台有Ca2+、Mg2+和HCO32-等离子时，会生成CaCO3和Mg(OH)2等沉淀物，在阴极上形成结垢。在极室中应注意及时排除电极反应产物，以保证电渗析过程的正常安全运行。考虑到阴膜容易损坏，并为防止Cl-离子透过
1.离子交换膜及其作用机理离子交换膜是电渗析器的重要组成部分，按其选择透过性能，主要分为
阳模和阴模，按其模体结构，可分为异相膜、均相膜、半均相膜3种。异相膜的优点是机械强度好、价格低，缺点是膜电阻大、耐热差、透水
性大。均相膜则相反。
（1）选择透过率：离子交换膜的选择透过性实际上并不是那么理想的，因为总是有少量的同号离子（即与膜上的固定活性基电荷符号相同的
推动力浓度差电位差压力差压力差
分离对象离子、小分子
离子大分子、微粒离子、小分子
渗透：膜使溶剂（水）透过的现象称为渗透。渗析：膜使溶质透过的现象称为渗析。
1.离子交换膜及其作用机理 2.电渗析原理机过程 3.电渗析器的构造与组装 4.电流效率与极限电流密度 5.极化与沉淀 6.电渗析器工艺设计与计算 7.电渗析技术的发展
4.电流效率与极限电流密度
极限电流密度critical elcclr}c current density：是指在离子交换膜专业领域中是指在离子膜电渗析过程中即将发生膜极化的电流密度界限。在此极限之下，可以缓和或避免极化而引起的沉淀结构问题。一般电渗析过程应在极限电流密度以下范围内进行。
电流效率：是指电解时，在电极上实际沉积或溶解的物质的量与按理论计算出的析出或溶解量之比，通常用符号η表示：
离子）同时透过。
（2）膜电阻：膜电阻与电渗析所需要的电压有密切的关系。电阻越小，所需电压越低。
2.电渗析原理及过程
在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的透过性(即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过)，使水中的阴、阳离子作定向迁移，从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程。
原理是：在阴极与阳极之间，放置着形成的隔
电渗析法
淡化与除盐
电渗析、反渗析、超滤以及渗析统称为膜分离法。膜分离系指在某种推动力作用用下，利用特定膜的透过性能，达到分离水中离子或分子以及某些微粒的目的。膜分离的推动力可以是膜两侧的压力差、电位差或浓度差。这种分离方法可在室温、无相变条件下进行，具有广泛的适用性。
各种膜分离方法
方法渗析电渗析超滤反渗透
2Cl- 一2e —→ Cl2↑ H2O —→H+ + OH4OH- — 4e —→ O2+ 2H2O 产生的氯气又有一部分溶于水中： Cl2 + H2O —→ HCl + HClO HClO —→ HCl + [O]
由此可见，阳极反应有氧气和氯气产生，氯气溶于水又产生HCl及初生态氧 [O]，阳极呈酸性反应，应当注意阳极的氧化和腐蚀问题。
η=m'÷m×100%=m'÷(I·t·k)×100%
η为电流效率； m'为实际产物质量； m为按法拉第定律获得的产物质量； I为电流强度（A)， t为通电时间(h)， k为电化当量(g·/(A·h))
5.极化与沉淀
室，在两端电极接通直通电源后，水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，由于阳膜、阴膜的选择透过性，就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度增加的浓室。与此同时，在两电极上也发生着氧化还原反应，即电极反应，其结果是使阴极室因溶液呈碱性而结垢，阳极室因溶液呈
酸性而腐蚀。因此，在电渗析过程中，电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所受到的阻力及电极反应。
组装方式电渗析器组装是用“级”和“段”来表示，一对电极之间膜堆称为
“一级”。水流同向每一个膜称为“一段”。增加段数就等于增加脱盐流程，也就是提高脱盐效率，增加膜对数，可提高水处理量。
电渗析器组装方式可淡水产量和出水水质不同要求而调整，一般有以下几种组装形式：一级一段；一级多段；多段一段；多级多段。
电渗析法脱盐的基本原理，可由图来说明。它是把阳离子交换膜和阴离子交换膜交替排列于正负两个电极之间，井用特制的隔板将其隔开，组成脱盐(淡化)和浓缩两个系统。当向隔室通入盐水后，在直流电场作用下，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移，但由于离子交换膜的选择透过性，而使淡室中的盐水淡化，浓室中盐水被浓缩，实现脱盐目的。电渗析器通电后，在两个电极上会发生电化学反应，以NaCl 溶液为例，其反应为：在阳极上：
阴膜进入阳极室，所以在阳极附近一般不用阴膜，而改用阳膜或惰性多孔保护膜。
3.电渗析器的构造与组装
电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分构成。膜块：是由相当数量膜对组装而成。膜对：是由一张阳离子交换膜，一张隔板甲（或乙）；一张阴膜，一张隔板乙（或甲）组成。离子交换膜：是电渗析器关键部件，其性能影响电渗析器的离子迁移效率、能耗、抗污染能力和使用期限等。其中膜的分类：按膜结构分为：异相膜、均相膜和半均相膜；按膜上活性基团不同分为：阳膜、阴膜和特种膜；按膜材料不同分为：有机膜和无机膜。