膜分离技术DD、ED和BMED处理工业醋酸钠废渣

发布时间：2017-10-21 00:22

  本文关键词：膜分离技术DD、ED和BMED处理工业醋酸钠废渣

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【摘要】：二噻农是由德国Merck公司20世纪60年代开发的优秀杀菌剂品种,具有广谱、低毒、病虫害对其抗性低的优点。二噻农用作保护性杀菌剂,可防治多种真菌性病害,特别对炭疽病效果显著。工业生产二噻农过程中产生大量的固体废渣,该废渣含有约76.6%的醋酸钠,其余是生产二噻农过程中产生的萘醌类及色素等。由于成分复杂,对该废渣目前还鲜有有效的回收利用方法,多采用焚烧、卫生填埋方式进行处理,不但造成了空气、土壤或水体的污染也带来了资源浪费。由于该废渣中除醋酸钠外的其他成分均不荷电,因此我们考虑使用膜分离技术扩散渗析(DD)、普通电渗析(ED)以及双极膜电渗析(BMED)处理醋酸钠废渣。在扩散渗析(DD)过程中,以阳膜DD过程为例,醋酸钠废渣料液中Na+在浓度差作用下通过阳膜进入水室,由电中性原理可知CH3COO-也会随之迁移至水室,这样经过一段时间扩散渗析过程,我们就可以在水室得到纯化的醋酸钠溶液,达到从废渣中回收醋酸钠的目的；使用传统电渗析(ED)时,在电场的作用下料液室中Na+向负极方向迁移,通过阳膜进入回收室,CHsCOO-向正极方向迁移,通过阴膜进入回收室,因此同样可以有效处理醋酸钠废渣；双极膜电渗析(BMED)处理醋酸钠废渣时,料液室中Na+向负极方向迁移通过阳膜进入碱室,在碱室与双极膜水解离产生的OH相结合,生成氢氧化钠；CH3COO-向正极方向迁移,通过阴膜进入酸室,在酸室与双极膜水解离产生的H+相结合生成醋酸,从而同时得到醋酸和氢氧化钠这两种重要的化工原料。本文分为五个部分,各部分主要内容如下：第一章为绪论部分,阐述了醋酸钠废渣的来源、成分、现有处理手段的类别及缺点等,然后根据该废渣的成分,分析膜分离技术处理该废渣的可行性,并选取几种常用的膜分离技术进行了较为详细的介绍,最后简要介绍了本课题来源、意义及主要内容；第二章先用DD过程探究几种不同的离子交换膜对醋酸钠废渣中有机杂质的渗透,结果表明日本旭化成公司的膜CMV/AMV对有机杂质渗透较少,因此我们选取该膜用于后续的BMED过程。在BMED实验中,先使用BP-A-C-BP的膜堆构型,固定料液浓度为1.49mol/L,对电流密度进行优化,结果表明50 mA/cm2是最优的电流密度。然后在50 mA/cm2下进一步变化膜堆构型,包括BP-A-C-BP、 C-BP-A-C、BP-C-BP和BP-A-BP膜堆。综合分析不同膜堆的电流效率、能耗以及酸碱产量,得知C-BP-A-C为最优的BMED膜堆构型。还有一点需要说明的是,在酸室中添加强酸001*7型阳离子交换树脂可以显著降低整个体系电压降,因此可以使能耗显著降低。在优化后的实验条件下,即采用C-BP-A-C构型膜堆、50mA/cm2电流密度、酸室中添加001*7树脂,运行3h可得到较高的酸碱产量(0.491mol/L CH3COOH,0.556 mol/L NaOH)、较高的电流密度(以CH3COOH计算为87.7%,以NaOH计算为99.0%),另外,醋酸钠的转化率为45.4%。但是我们也可以看到,此过程的能耗较高,生产1 kg CH3COOH和NaOH能耗分别为22.3 kWh和29.7 kW h：酸碱产品纯度较低,酸室和碱室中杂质的TOC的值分别为1.61g/L和0.16 g/L。总的来说,本章研究证明了BMED过程处理醋酸钠废渣以生产CH3COOH和NaOH的可行性,这一点具有重要的实际意义,不仅可减少二噻农生产过程对土壤和水体的污染,还可以为工业生产提供重要的化工原料。不过在能耗和产品纯度方面,还有待进一步改进和提高。为此,我们又进行了后继章节的研究。第三章和第四章主要是针对第二章膜过程存在的问题和缺陷加以解决和优化,以期获得更好的处理效果。我们尝试将膜分离过程集成起来进行醋酸钠废渣溶液的处理,包括DD和BMED的集成(第三章)、ED和BMED的集成(第四章)。固定料液浓度为1.49 mol/L,经过实验优化后,DD与BMED过程集合处理醋酸钠废渣,得到的酸碱产量为0.381 mol/L CH3COOH和0.431 mol/L NaOH,以CH3COOH和NaOH为基准计算的电流效率分别为78.3%和90.3%,能耗有显著降低,每生产1 kg CH3COOH和NaOH耗能分别为3.1 kWh和4.1 kW h。ED与BMED过程的结合也获得了高的酸碱产量(0.46 mol/L CH3COOH,0.50 mol/L NaOH)、较高的电流效率(以CH3COOH为基准,值为80.6%；NaOH为基准,值为89.5%)和较低的能耗(11.8 kW h/kg CH3COOH 12.7 kW h/kg NaOH)。另外,DD或ED与BMED的集成过程所得到的产品纯度也要高于单独BMED过程(第二章)。以ED与BMED的集成为例,实验运行3 h后酸室和碱室的TOC值分别为0.42 g/L和0.03 g/L。总体来说,与单独BMED处理醋酸钠废渣相比,集成过程具有明显的优势。第五章为全文的总结,通过以上各章节所介绍的小试实验结果,可以看出BMED、DD或ED与BMED耦合过程都可以达到处理醋酸钠废渣的目的,通过对实验条件的优化,可得到较好的处理效果。但是要真正实现工业化还需要很多的探索,包括整个过程能耗如何降低、膜寿命和过程稳定性的提高以及膜过程工艺的进一步优化等。
【关键词】：醋酸钠 废渣 膜技术集成 扩散渗析 普通电渗析 双极膜电渗析
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X786;TQ028.8
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• Abstract10-20
• 第一章 绪论20-30
• 1.1 工业醋酸钠废渣的来源20
• 1.2 离子交换膜20-22
• 1.2.1 离子交换膜简介20-21
• 1.2.2 离子交换膜发展历程21-22
• 1.3 扩散渗析(DD)22-23
• 1.4 反渗透(RO)23
• 1.5 电渗析23-27
• 1.5.1 传统电渗析(ED)23-24
• 1.5.2 双极膜电渗析(BMED)24-26
• 1.5.3 电解电渗析(EED)26
• 1.5.4 电去离子技术(EDI)26-27
• 1.6 离子膜分离技术的发展27
• 1.7 论文研究来源、意义及主要内容27-30
• 1.7.1 本论文研究来源27-28
• 1.7.2 本论文研究意义28
• 1.7.3 本论文研究的主要内容28-30
• 第二章 双极膜电渗析(BMED)直接处理工业醋酸钠废渣30-49
• 2.1 实验部分30-34
• 2.1.1 实验材料及仪器30-31
• 2.1.2 实验试剂及料液配制31
• 2.1.3 扩散渗析(DD)选膜过程31-32
• 2.1.4 BMED处理醋酸钠废渣料液32-33
• 2.1.4.1 BMED四种不同的膜堆构型32
• 2.1.4.2 BMED装置32-33
• 2.1.5 BMED过程样品测试和数据处理33-34
• 2.2 结果与讨论34-47
• 2.2.1 膜类型对扩散渗析(DD)的影响34-35
• 2.2.2 离子交换树脂对BMED(BP-A-C-BP)过程的影响35-37
• 2.2.3 电流密度对BMED(BP-A-C-BP)过程的影响37-42
• 2.2.3.1 电流密度对BMED电压降的影响38
• 2.2.3.2 电流密度对BMED酸碱产量的影响38-40
• 2.2.3.3 电流密度对BMED过程电流效率及能耗的影响40-42
• 2.2.4 膜堆构型对BMED过程的影响42-45
• 2.2.4.1 膜堆构型对酸碱产量的影响42-44
• 2.2.4.2 不膜堆构型对电压降、电流效率及能耗的影响44-45
• 2.2.5 BMED过程膜污染的探究45-46
• 2.2.6 BMED产酸碱纯度的分析46-47
• 2.3 本章小结47-49
• 第三章 扩散渗析(DD)-双极膜电渗析(BMED)集成处理醋酸钠废渣49-63
• 3.1 实验部分49-53
• 3.1.1 实验材料及仪器49-50
• 3.1.2 实验试剂及料液配制50
• 3.1.3 扩散渗析(DD)过程处理醋酸钠废渣50-52
• 3.1.3.1 DD装置51-52
• 3.1.3.2 DD过程样品测试及数据处理52
• 3.1.4 双极膜电渗析(BMED)过程处理醋酸钠废渣52-53
• 3.2 结果与讨论53-62
• 3.2.1 扩散渗析(DD)过程的优化53-56
• 3.2.1.1 膜类型对DD过程的影响53-55
• 3.2.1.2 运行时间对DD过程的影响55-56
• 3.2.2 电流密度对DD-BMED过程的影响56-60
• 3.2.2.1 电流密度对DD-BMED过程电压降的影响56
• 3.2.2.2 电流密度对DD-BMED过程酸碱产量的影响56-59
• 3.2.2.3 电流密度对DD-BMED过程电流效率及能耗的影响59-60
• 3.2.3 DD-BMED过程产品纯度分析60
• 3.2.4 DD-BMED过程膜污染情况分析60-62
• 3.3 DD-BMED过程小结62-63
• 第四章 电渗析(ED)-双极膜电渗析(BMED)集成处理醋酸钠废渣63-77
• 4.1 实验部分63-65
• 4.1.1 实验材料及仪器63-64
• 4.1.2 实验试剂及料液配制64
• 4.1.3 电渗析(ED)过程处理醋酸钠废渣64-65
• 4.1.3.1 ED装置64-65
• 4.1.3.2 ED过程样品测试及数据处理65
• 4.1.4 双极膜电渗析(BMED)过程处理醋酸钠废渣65
• 4.2 结果与讨论65-76
• 4.2.1 ED过程65-71
• 4.2.1.1 电流密度对ED性能的影响65-68
• 4.2.1.2 料液浓度对ED性能的影响68-71
• 4.2.2 ED-BMED过程71-74
• 4.2.2.1 电流密度对ED-BMED过程电压降的影响71
• 4.2.2.2 电流密度对ED-BMED过程酸碱产量的影响71-74
• 4.2.2.3 电流密度对ED-BMED过程电流效率及能耗的影响74
• 4.2.3 电流密度对ED-BMED产品纯度的影响74-75
• 4.2.4 ED-BMED过程膜污染情况分析75-76
• 4.3 ED-BMED过程小结76-77
• 第五章 结论77-79
• 参考文献79-86
• 研究生在读期间的研究成果86

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本文编号：1070217