电渗析阴离子交换膜污染机理及抗污染表面改性研究

单价选择性阴离子交换膜改性研究进展王勋亮;王文华;姜天翔;赵瑾;马宇辉;王静【摘要】总结了目前单价选择性阴离子交换膜在改性方面的研究进展,着重从掺杂改性、涂覆表面改性、电沉积表面改性及化学接枝表面改性四个方面详细阐述了提高阴离子交换膜单价选择性的方法,并分析了限制单价选择性阴离子交换膜发展的因素,最后指出明晰改性机理和拓展改性新方法是今后阴离子交换膜提升单价选择分离性能的发展方向.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2018(038)007【总页数】6页(P12-17)【关键词】单价选择性;阴离子交换膜;表面改性;电渗析【作者】王勋亮;王文华;姜天翔;赵瑾;马宇辉;王静【作者单位】国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192;国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192【正文语种】中文【中图分类】TQ425在人类生活和工业生产中，利用膜来实现物质的分离已有非常广泛的应用。

离子交换膜作为膜的典型代表，现广泛应用于物质的分离、纯化，能量的储存等众多领域〔1-5〕。

随着电渗析技术的发展，常规的离子交换膜有些已经不能满足生产的特殊需要，一些具备特种功能的膜应运而生。

其中，单价选择性阴离子交换膜因其具有高的选择分离性能，在海水净化去除易结垢的硫酸根及地下饮用水纯化去除有害氟离子和硝酸根〔6-12〕等方面的重要应用，已成为膜领域的研究热点〔13〕。

目前，国内绝大部分膜产品为异相离子交换膜，其主要被用在初级水处理等对离子纯度要求相对不高的分离领域。

高附加值的具特殊分离功能的离子交换膜的生产当下几乎被日本、德国、美国等少数几个国家所垄断，使得国内推广其应用十分不经济。

电渗析法（ED）基本原理
离子交换膜是电渗析器的关键部件，它是由高分子材料制成的对离子具有选择透过性的薄膜。

在处理含多价金属离子和阴离子的水体时，阳离子交换膜表面经常由于Ca2+、Mg2+、CO32-、S042-等离子在表面的大量存在，造成污染。

由于这些离子结合形成的沉淀会覆盖在膜表面，造成膜的堵塞，会提高总电阻，从而影响膜的使用寿命，电渗析器的正常运转和产水水质⋯。

而目前控制膜污染的方法主要包括对料液进行预处理，加入阻垢剂，和优化操作条件等。

ED法是利用阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐(淡化)和浓缩两个系统。

当向隔室通人盐水后，在直流电场作用下，阳离子向负极迁移，井只能通过阳离子交换膜，阴离子向正极迁移，只能通过阴离子交换膜，而使淡室中的盐水被淡化。

浓室中的盐水被浓缩。

一般来说，淡水作为产水被回收利用。

浓水作为废水排掉，其作用原理如图1所示。

图1 电渗析（ED)原理。

电渗析技术概述及应用进展一.电渗析技术概述1.引言[1]电渗析(elet rodialysis ,简称ED) 技术是膜分离技术的一种,它将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间,并用特制的隔板将其隔开,组成除盐(淡化) 和浓缩两个系统,在直流电场作用下,以电位差为动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。

电渗析技术的研究始于德国, 1903年,Morse 和Pierce 把2 根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中,发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去; 1924 年, Pauli 采用化工设计的原理,改进了Morse 的实验装置,力图减轻极化,增加传质速率。

但直到1950 年J uda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜后,电渗析技术才进入了实用阶段,其中经历了三大革新: (1) 具有选择性离子交换膜的应用; (2) 设计出多隔室电渗析组件; (3) 采用频繁倒极操作模式。

现在离子交换膜各方面的性能及电渗析装置结构等不断革新和改进,电渗析技术进入了一个新的发展阶段,其应用前景也更加广阔。

2. 原理在阴极与阳极之间，放置着若干交替排列的阳膜与阴膜，让水通过两膜及两膜与两极之间所形成的隔室，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。

3.分类[1]倒极电渗析( EDR)倒极电渗析就是根据ED 原理,每隔一定时间(一般为15～20 min) ,正负电极极性相互倒换,能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢,以确保离子交换膜工作效率的长期稳定及淡水的水质水量。

电渗析技术的原理及应用原理介绍电渗析技术（Electrodialysis，简称ED）是一种利用外加电场对溶液中的离子进行选择性分离的电化学分离技术。

其基本原理是通过在溶液中放置正负极板，并施加电场，以使正负离子分别向相应的极板迁移，从而实现离子的选择性分离。

电渗析技术的核心装置是电渗析膜（Electrodialysis Membrane），它是一种具有特殊结构和性能的薄膜材料。

常见的电渗析膜包括阳离子交换膜（Cation Exchange Membrane，简称CEM）、阴离子交换膜（Anion Exchange Membrane，简称AEM）和中间板（Spacer）。

阳离子交换膜只允许带正电荷的离子穿透，而阴离子交换膜只允许带负电荷的离子穿透，中间板则用于隔开膜片和增加膜片之间的通道。

应用领域1. 水处理电渗析技术在水处理领域具有广泛的应用。

它可以用于海水淡化，将海水中的盐分、重金属离子和有机物质去除，从而获得高质量的淡水。

此外，电渗析技术还可以用于污水处理，高效去除水中的离子污染物，提高水质。

2. 食品加工电渗析技术在食品加工中的应用主要是用于浓缩和分离。

通过对食品溶液施加电场，可以实现对溶液中的离子进行选择性分离，从而实现对溶液中某种成分的浓缩。

这种技术可以用于果汁的浓缩、酒精的提纯等。

3. 医药制造电渗析技术在医药制造中也有一定的应用。

例如，在药物制造过程中，可以利用电渗析技术对药物溶液中的有机物质进行去除，从而提高产品的纯度。

此外，电渗析技术还可以用于药物的浓缩和分离。

4. 化工领域在化工领域，电渗析技术也有广泛的应用。

例如，在离子液体的制备过程中，可以利用电渗析技术实现对离子的选择性分离和浓缩，从而提高产品的纯度。

此外，电渗析技术还可以用于对溶液中有害离子的去除，净化溶液。

5. 环境保护电渗析技术在环境保护中也发挥着重要的作用。

例如，可以利用电渗析技术将废水中的重金属离子和有害离子去除，从而减少对环境的污染。

双极膜电渗析技术的研究进展电渗析（ED），作为膜分别中进展较早的分别技术，是在电场作用下，以电势差为驱动力，利用离子交换膜对料液进行分别和提纯的一种高效、环保的分别过程。

1956年，V. J. Frilette发觉在电渗析膜面上形成的钙镁垢是由膜面上的水解离造成的，从而首次提出利用双极膜（BPM）促进膜中水解离现象的想法。

随着膜分别技术和膜材料的进展，消失了由阴阳离子交换层和中间界面催化层复合而成的双极膜材料。

其与传统电渗析结合构成的双极膜电渗析（BMED）技术在近年来得到了快速进展，成为了ED工业进展的新增长点。

BMED是由BPM、阴离子交换膜（AEM）、阳离子交换膜（CEM）等基本单元根据肯定的排列方式组合而成的。

在电场作用下，双极膜中的H2O快速解离为H+和OH-，将盐溶液转化为酸和碱。

近年来，BMED多用于清洁生产、资源回收利用、污染零排放中，同时作为新兴的绿色技术，BMED与其他化工技术正朝着集成化的方向进展。

本文从BMED的基本工作原理动身，回顾BMED技术的进展过程，并总结其近年来在酸碱生产、资源分别和污染掌握等方面的讨论和应用进展，最终依据目前双极膜应用中存在的问题探讨其讨论的重点和将来进展的方向。

01 双极膜电渗析1.1 BMED的工作原理BMED运行时，在电场作用下离子进行定向迁移，当双极膜中的离子都迁向主体溶液时，中间层的水会解离产生H+和OH-对电流进行负载。

然而双极膜中发生的水解离现象不同于通常的水解离，讨论者们对其解离的过程机理开展了大量的理论讨论，但限于过程的简单性，目前还没有达成统一的结论。

依据水在双极膜中间层解离过程的不同，主要提出3种解释水解离机制的物理模型，见图 1。

SWE模型认为，在电场作用下，双极膜中间层（阴阳离子尖锐结合区）会因离子迁移而消失薄的无离子区域，认为水解离发生于此。

H2O 的解离跟弱电解质在高压条件下的解离过程相同，H+和OH-的产生速率为H2O的解离速率，解离常数与电压成正相关；在SWE模型的基础上，为了解膜上荷电基团对水解离的影响，进一步提出化学反应模型（CHR），该模型认为由膜基质中的羧酸基、叔胺基和膜内的金属离子等影响水解离速率的现象可知，膜上固定基团通过质子化反应进行水解离产生H+和OH-，且解离更易发生在AEM侧；为解释双极膜中间层较大的能量消耗，提出中和层模型（NL），结果发觉，双极膜的AEM、CEM界面处存在中和层区域，水解离发生在电荷区和电荷与中和层区域的界面处。

电渗析的工作原理
电渗析（Electrodialysis，简称ED）是一种利用电场作用下的离子选择性透析现象来实现离子选择性透析分离的技术。

它是一种利用电场作用下的离子选择性透析现象来实现离子选择性透析分离的技术。

电渗析技术已经在水处理、食品加工、药品制备等领域得到了广泛应用。

电渗析的工作原理主要包括两个基本过程，电场驱动和离子选择性透析。

在电渗析过程中，通过外加电场，正负离子被分别迁移至阳极和阴极，从而实现了离子的分离。

这种分离是基于膜的选择性透析特性，即膜对不同离子的透析速率不同，从而实现了对混合离子溶液的分离。

在电渗析设备中，通常会采用阳离子交换膜和阴离子交换膜来实现对离子的选择性透析。

阳离子交换膜具有对阴离子通透性，而阴离子交换膜则具有对阳离子通透性。

当混合离子溶液通过这两种离子交换膜时，根据离子的电荷和大小，它们会被分别迁移至阳极和阴极，从而实现了离子的分离。

电渗析技术的工作原理在实际应用中具有重要意义。

首先，它可以实现对混合离子溶液的高效分离，从而得到纯净的产物。

其次，它可以实现对水中的离子、微污染物的去除，达到水处理和净化的目的。

此外，电渗析还可以用于食品加工、药品制备等领域，实现对离子的选择性提取和分离。

总的来说，电渗析是一种利用电场驱动下的离子选择性透析现象来实现离子分离的技术。

通过对离子交换膜的选择和电场的控制，可以实现对混合离子溶液的高效分离，具有广泛的应用前景和重要的工程价值。

双极膜电渗析技术的论述作者：张祝珍来源：《科学与财富》2016年第13期摘要：本文论述了双极膜的发展过程，双极膜电渗析技术的原理及结构，膜污染及处理方法，维生素C生产采用双极膜电渗析技术的优点及维生素C生产采用离子交换法存在的缺点。

关键词：双极膜；电渗析；维生素C；离子交换双极膜的发展过程可划分为三个阶段：第一阶段 20 世纪 50 年代中期至 80 年代初期，这是双极膜发展十分缓慢的时期，双极膜仅是由两片阴阳离子交换膜直接压制，性能很差，水分解电压比理论压降高几十倍，应用研究还处在以水解离为基础的实验室阶段；第二阶段从 20 世纪 80 年代初至 90年代初，由于双极膜制备技术的改进，成功地研制了单片型双极膜，其性能大大提高，已经在制酸碱和脱硫技术中得到了成功应用，这一阶段出现了商品双极膜。

从 20 世纪 90 年代初至今，是双极膜迅速发展的时期，随着对双极膜工作过程机理的深入研究，从膜结构、膜材料和制备过程上进行了重大改进，使双极膜的性能有了较大提高，其中主要是对阴膜和阳膜接触界面的改进，从最初简单的“压层型”或“涂层型”结构到 20 世纪 80 年代初开始出现的“单片型”结构，随后又出现带有中间“催化层”的复杂结构，大大降低了膜电压。

双极膜电渗析技术在优化传统工业过程和新的工业过程中发挥了独到的作用。

它的出现改变了传统工业分离和制备过程，为解决环境、化工、生物、海洋化工等领域中的技术难题带入新的生机和活力，同时为解决人类面临的环境、资源、能源等问题提供了有效手段。

开展对双极膜电渗析技术的研究，要做到理论研究和实际应用两方面并重，早日缩短与国外先进水平的差距，扩大其在国内工业领域中的应用。

[1-3]双极膜是一种新型离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层和阴离子交换层复合而成。

不同电荷密度、厚度和性能的膜材料在不同的复合条件下，可制成不同性能和用途的双极膜，这些用途最基本的原理是双极膜界面层的水分子在反向加压时的离解（又称双极膜水解离），即将水分解成氢离子和氢氧根离子。

浅探电渗析技术的影响因素及相关应用研究作者：罗斐李立郭海新程松民来源：《科学与财富》2020年第23期摘要：随着科技发展，电渗析设备的制造水平提高，设备成本大大降低，电渗析技术固有的抗污染性，高化学性等优点，再加上双极膜电渗析技术、反渗透与电渗析相结合技术的发展，电渗析技术将会焕发新的活力及竞争力。

电渗析技术作为一种膜法水处理技术，由于其对分离组分的选择性高，原水回收率高，不污染环境等优点，正受到越来越多的关注，成为目前水处理的热点之一。

关键词：电渗析;离子;膜技术1电渗析的原理电渗析技术是在离子交换法的基础上发展起来的除盐方法，是膜分离技术的一种，它的工作原理相对于反渗透、纳滤、超滤、微滤来讲，推动力不是压力差，而是电位差。

它将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间。

并用特制的隔板将其隔开，组成除盐（淡化）和浓缩两个系统，在直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性（其实质是反扩散），一部分水淡化，一部分水浓缩，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。

与其它膜分离技术相比，电渗析只需要稍微做预处理，并且不受压力的影响，即可以得到高质量的水，另外的一个优势是不需要能量的转换，电能可以直接利用，即使在能量的输入发生直接变化时，也可以直接利用。

2;;;; 电渗析的影响因素从电渗析的原理可以看出，电渗析需要在直流电场的作用下，以此作为动力，使溶液通过离子交换膜，进行淡化处理，以达到脱盐的目的。

以此看出，电压、电流是影响电渗析的重要因素，同时，流量与溶液的初始浓度也是影响淡化效率的重要因素。

2.1; 电流电能是电渗析过程中最主要的传质推动力。

因此，电流的大小直接决定着脱盐过程的速率。

浓差极化是电渗析过程中一个极为重要的概念。

极化是在电渗析过程中，物料在脱盐室、浓缩室流动时，离子交换膜与水之间存在一个滞留层，在直流电场作用下，溶质发生定向迁移，在工作电流增加到一定程度时，主体溶液中的离子不能迅速补充到膜的表面，此时膜表面的离子浓度趋于零，引起滞留层中大量水分子电离，并生成H+和OH—离子来负载电荷，此现象称为极化。

维普资讯 化工进展2004 年第 23 卷第 10 期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS • 1107 •双极膜电渗析理论与应用的研究进展唐宇王晓琳龚燕余立新(清华大学化学工程系，北京100084)摘要从理论和应用研究两方面较为全面地综述了双极膜电渗析技术在近些年的发展，阐述了双极膜中水解离、水迁移、离子迁移以及双极膜电渗析过程等理论研究新进展，介绍了它在有机酸的回收制备、环境保护和食品医药工业及其他领域中的新应用，并展望了其在工业生产和曰常生活中的应用前景。

关键词双极膜，电渗析，水解离，水迁移中图分类号TQ028.8 文献标识码A双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层(N型膜）、界面亲水层(催化层)和阴离子交换层(P型膜)复合而成，是真正意义上的反应膜。

在直流电场作用下，双极膜可将水离解，在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子[1]。

利用这一特点，将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱，这种方法称为双极膜电渗析法。

双极膜电渗析法不仅用于制备酸和碱，若将其与单极膜巧妙地组合起来，能实现多种功能并可用于多个领域[2]。

有关双极膜的研究报道自20世纪50年代中期就出现了，其发展过程可划分为三个阶段：第一阶段20世纪50年代中期至80年代初期，这是双极膜发展十分缓慢的时期，双极膜仅是由两片阴阳离子交换膜直接压制，性能很差，水分解电压比理论压降高几十倍，应用研究还处在以水解离为基础的实验室阶段；第二阶段从20世纪80年代初至90 年代初，由于双极膜制备技术的改进，成功地研制了单片型双极膜，其性能大大提高，已经在制酸碱和脱硫技术中得到了成功应用，这一阶段出现了商品双极膜。

从20世纪90年代初至今，是双极膜迅速发展的时期，随着对双极膜工作过程机理的深入研究，从膜结构、膜材料和制备过程上进行了重大改进，使双极膜的性能有了较大提高，其中主要是对阴膜和阳膜接触界面的改进，从最初简单的“压层型”或“涂层型”结构到20世纪80年代初开始出现的“单片型”结构，随后又出现带有中间“催化层”的复杂结构，大大降低了膜电压[3]。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期电渗析分离提取高值组分的研究进展李世霖1，2，3，胡景泽1，2，王毅霖1，2，王庆吉1，2，邵磊3（1石油石化污染物控制与处理国家重点实验室，北京 102206；2中国石油集团安全环保技术研究院有限公司，北京 102206；3北京化工大学化工学院，北京 100029）摘要：随着我国经济高速发展，现代化和工业化不断推进，环保与可持续发展成为资源开发以及工业生产的必要条件。

资源开发与工业生产过程中会产生大量重金属废水以及有机废水，电渗析技术能耗较低，对水质敏感性低，简单易操作，且具有优秀的浓缩与分离性能，因而被广泛应用于工业废水中金属与有机物的分离和提取。

文章综述了工业废水中金属与有机物回收的基本原理与研究进展，介绍了多种金属在不同体系中的回收案例与有机物回收案例，分析了pH 、操作电压与电流、溶液流量和离子浓度等不同工艺参数对电渗析效果的影响和作用机制，并展望了电渗析技术分离提取金属与有机物的发展方向，为电渗析技术处理重金属废水与有机物废水，实现重金属与有机物分离和提取提供理论依据。

关键词：重金属；有机物；电渗析；分离；提取中图分类号：TQ085+.411 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0420-10Research progress in separation and extraction of high value componentsby electrodialysisLI Shilin 1，2，3，HU Jingze 1，2，WANG Yilin 1，2，WANG Qingji 1，2，SHAO Lei 3(1 State Key Laboratory of Petroleum Pollution Control, Beijing 102206, China; 2 CNPC Research Institute of Safety and Environmental Technology, Beijing 102206, China; 3 School of Chemical Engineering ，Beijing University of ChemicalTechnology, Beijing 100029, China)Abstract: With the rapid development of China s economy and the continuous advancement of modernization and industrialization, environmental protection and sustainable development have become the necessary conditions for resource development and industrial production. In the process of resource development and industrial production, a large amount of heavy metal wastewater and organic wastewater will be produced. Electrodialysis technology has low energy consumption, low sensitivity to water quality, simple operation, and excellent concentration and separation performance, so it is widely used in the separation and extraction of metals and organics in industrial wastewater. This paper summarized the basic principle and research progress of metal and organic recovery in industrial wastewater, introduced the recovery cases of various metals in different systems and organic recovery cases, analyzed the influence and mechanism of different process parameters such as pH, operating voltage and current,solution flow and ion concentration on the electrodialysis effect, and looked forward to the development综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0412收稿日期：2023-03-17；修改稿日期：2023-06-25。

电渗析（ED）技术和电去离子技术（EDI）的应用研究作者：杨飞黄来源：《中国新技术新产品》2015年第05期摘要：电渗析技术是膜分离技术之一，具有低能耗、高效率、连续运行、环境友好等显著优点，在多个行业具有广泛的应用。

电去离子技术是在普通电渗析的基础上发展起来的，广泛应用于纯水和超纯水的制备。

本文着重介绍了电渗析技术和电去离子技术在水处理、食品和化工等方面的应用，并简要探讨了电渗析技术及其发展前景。

关键词：电渗析；电去离子；离子交换膜；应用中图分类号：X703 文献标识码：A1 电渗析技术的简介电渗析是在外加直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，使离子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。

ED作为一种工业技术，其真正发展时期是从1950年美国人W·Juda发明了对阴、阳离子分别具有选择透过性能的阴、阳离子交换膜后才开始的。

我国的ED技术起步于1958年，中科院化学研究所研制出了纸质均相阴、阳离子交换膜，此膜曾用于从自来水ED脱盐制取初级脱盐水。

2 电渗析原理ED是在直流电场作用下溶液中带电离子通过半透膜的迁移过程，是一种物质分离方法，其中离子交换膜和直流电场是ED分离方法不可缺少的两个条件。

电渗析主要用于水溶液脱盐或浓缩。

ED脱盐原理如图1所示。

图1是由阳、阴膜交替排列在一对阴、阳电极之间构成的电渗析槽，有10个隔室。

将NaCl溶液分别通入这10个隔室中，加直流电压。

在电场力作用下，带正电荷的Na+离子和带负电荷的Cl-离子将分别向阴、阳两极移动。

因为离子交换膜对离子具有选择透过性，水中所有的Na+离子向阴极移动时和所有的Cl-离子向阳极移动时，2，4，6，8，10室中的Na+离子和Cl-离子分别通过阳膜和阴膜到各自邻室，从而达到脱盐的目的。

因此，2，4，6，8，10室称为淡化室或脱盐室，从淡化室汇总出来的水称为淡水或脱盐水；1，3，5，7，9室中的Na+和Cl-离子在迁移过程中被阴阳膜阻挡而留在本室中。

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期膜法分离一/二价阳离子的研究进展赵国珂，张杨，刘轶群（中石化（北京）化工研究院有限公司，北京 100013）摘要：各类工业过程如水质软化、食用盐纯化、盐湖卤水提锂、酸和重金属资源回收等对一/二价阳离子高效分离的需求日益增长，近年来，针对上述分离体系的膜材料的研究取得了诸多进展。

本文详细总结了针对一/二价阳离子分离的选择性阳离子交换膜、纳滤膜、支撑液膜和离子印迹膜的研究进展，重点梳理了相关膜材料的离子选择性优化思路和机理，对比分析了上述膜过程的特点和适用场景。

基于此，作者认为，离子筛分精细化是膜分离技术的重要发展方向。

在分子尺度明晰分离层的形成和演化机理，对于提高界面聚合反应可控度，实现在亚纳米尺度膜结构的精细调控至关重要。

通过在膜基体内可控构建目标离子的特异性识别位点和传质通道，有望实现高选择性离子筛分。

此外，具有本征规则孔道结构的新型分离膜材料，如MOFs 、COFs 、二维层状结构膜等，在精细筛分方面具有良好的发展潜力。

关键词：阳离子交换膜；纳滤膜；液膜；离子印迹膜；一/二价阳离子分离中图分类号：TQ31 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1363-11Membrane technologies for monovalent/divalent cation separationZHAO Guoke ，ZHANG Yang ，LIU Yiqun(SINOPEC (Beijing) Research Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Beijing 100013, China)Abstract: Efficient separation of monovalent/divalent cations is highly demanded in various industrial processes such as water softening, lithium extraction from salt-lake brine, the production of edible salt and the comprehensive treatment of acidic wastewater. Research on the above membrane materials used in these separation systems has advanced significantly in recent years. This paper presented a comprehensive review of the membrane-based technologies for monovalent/divalent cation separation, including selective cation exchange membranes, nanofiltration membranes, supported liquid membranes and ion imprinting membranes. The optimization strategies and underlying mechanisms for the membrane selectivity were highlighted. The characteristics and applicable scenarios of the above membrane processes were compared. Considering this, it was proposed that the selective ion separation was one of the key areas for membrane separation technology. Clarifying the formation and evolution mechanism of the separation layer at the molecular scale was crucial for improving the controllability of interfacial polymerization reactions. Highly selective ion screening can be realized by controllably constructing recognition sites and mass transfer channels for target ions inside the membrane matrix. Novel membrane materials contained intrinsic and regular pore architectures, such MOFs, COFs, two-dimensional layered membranes, etc ., had good development potential for fine ion selection.DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0463收稿日期：2023-03-24；修改稿日期：2023-04-27。

矿井水处理中的膜污染概述张全;郭毅定;葛光荣;李炳宏;王治宙【摘要】针对我国煤矿矿井水水质特征,分析了超滤、纳滤、反渗透等常用矿井水膜分离工艺的膜污染机理和防控措施.分析认为,应建立更有针对性的膜污染模型,完善膜污染预测机制,选择抗污染膜产品与配套装置,自动调控的水力条件、清洗周期等膜处理操作条件,有效减缓、预防和调控膜污染进程.【期刊名称】《能源环境保护》【年(卷),期】2018(032)001【总页数】3页(P7-9)【关键词】矿井水;膜法工艺;膜污染【作者】张全;郭毅定;葛光荣;李炳宏;王治宙【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西,西安,710054;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西,西安,710054;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西,西安,710054;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西,西安,710054;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西,西安,710054【正文语种】中文【中图分类】X703煤矿区是自然生态环境污染与破坏严重的区域之一，当今世界所面临的资源、能源和环境问题都与煤炭开采有着密切的联系[1]。

煤炭开采在破坏地下水资源的同时，还加剧了缺水地区的供水紧张。

这些矿井水被净化利用率却不足30%，造成一边是大量矿井水白白流淌，一边是矿区严重供水短缺。

2015年，国务院下发《水污染防治行动计划》，明确指出：“推进矿井水综合利用，煤炭矿区的补充用水、周边地区生产和生态用水应优先使用矿井水。

”矿井水的处理工艺将会得到极大的发展。

其中，膜法处理由于占地面积、投资以及出水水质稳定可靠，越来越受到科研人员的重视。

但是，膜污染问题一直是膜处理工艺的难题，膜污染和膜的材质、污染物的特性、水体pH值和离子强度等都有一定的关联。

膜生物反应器中膜污染有较为成熟的防控机制[2-4]，针对矿井水的水质以及不同膜工艺机理，膜污染控制机制相差甚远。

1 矿井水中污染物我国矿井水水质污染物成分主要是以煤粉、岩粉为主的悬浮物，以及可溶性无机盐类；有机物污染较少；汞、镉、六价铬等元素很少检出或含量较低；矿井水大多数呈中性，北方地区的矿井水多呈中性或弱碱性（pH值为7-9），碱性水不多见；西南及北方少数地区存在一定数量的酸性矿井水[5]。

第七章离子交换膜与电渗析电渗析的研究始于上世纪初的德国。

1952年美国Ionics公司制成了世界上第一台电渗析装置，用于苦咸水淡化。

至今苦咸水淡化仍是电渗析最主要的应用领域。

在锅炉进水的制备、电镀工业废水的处理、乳清脱盐和果汁脱酸等领域，电渗析都达到了工业规模。

另外，在上世纪50年代末，由日本开发的海水浓缩制食盐的应用，虽仅限于日本和科威特等国，但也是电渗析的一大市场。

目前，电渗析以其能量消耗低，装置设计与系统应用灵活，操作维修方便，工艺过程洁净、无污染，原水回收率高，装置使用寿命长等明显优势而被越来越广泛地用于食品、医药、化工、工业及城市废水处理等领域。

我国的电渗析技术的研究始于1958年。

1965年在成昆铁路上安装了第一台电渗析法苦咸水淡化装置。

1981年我国在西沙永兴岛建成日产200吨饮用水的电渗析海水淡化装置。

几十年来，在离子交换膜、隔板、电极等主要部件方面不断创新，电渗析装置不断向定型化、标准化方向发展。

第一节、电渗析基本原理一、电渗析的工作原理电渗析是在直流电场作用下，溶液中的带电离子选择性地通过离子交换膜的过程。

主要用于溶液中电解质的分离。

图7-1是电渗析工作原理示意图。

流程说明：在淡化室中通入含盐水，接上电源，溶液中带正电荷的阳离子，在电场的作用下，向阴极方向移动到阳膜，受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入右侧的浓缩室。

带负电荷的阴离子，向阳极方向移动到阴膜，受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入左侧的浓缩室。

淡化室盐水中的氯化钠被不断除去，得到淡水，氯化钠在浓缩室中浓集。

图7-1 电渗析工作原理示意图电渗析过程除我们希望的反离子迁移外，还可能发生如图7-2所示的其它迁移过程：(1) 同名离子迁移同名离子指与膜的固定活性基所带电荷相同的离子。

根据唐南（Donnan）平衡理论，离子交换膜的选择透过性不可能达到100％，再加上膜外溶液浓度过高的影响，在阳膜中也会进入个别阴离子，阴膜中也会进入个别阳离子，从而发生同名离子迁移。