“压力-浓度”双驱动扩散渗析处理酸碱废液的应用研究及传质数学模型的建立
发布时间：2021-06-01 07:24
冶金、金属加工、石油化工、化纤、电镀等行业排放的酸性废水以及造纸、制革、炼油等行业排放的碱性废水,未经过处理直接排进水体和土壤,不仅会浪费掉大量可用的资源,而且会破坏生态的稳定性和土壤的理化性质,影响农作物正常生长,所以必须要进行处理。扩散渗析是一种以浓度差为推动力的膜分离过程,操作简单、过程环保且费用低,被广泛运用于工业废水处理中。随着应用的不断深入,扩散渗析的不足之处逐渐显现出来,如处理量小、水渗透现象严重等。本课题论文针对扩散渗析存在的不足之处,提出“压力-浓度”双驱动扩散渗析过程,即在原有的浓度差作为主要传质驱动力的基础之上,增加压力差作为辅助传质驱动力,实现压力场和浓度场协同作用下的扩散渗析传质,提高处理量的同时可实现水渗透的抑制。论文共分为四章,各章内容如下:第一章是对扩散渗析及其发展历程、扩散渗析原理、扩散渗析膜和膜组件、扩散渗析理论模型以及应用现状进行了介绍,并针对扩散渗析的不足之处引出本论文的研究内容。第二章研究了“压力-浓度”双驱动扩散渗析回收模拟钢铁废酸液（H2SO4/Fe SO4混合溶液）中H
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阴离子交换膜扩散渗析处理钛白废酸原理示意图
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文2图1.1阴离子交换膜扩散渗析处理钛白废酸原理示意图Fig.1.1Schematicdiagramofanionexchangemembranediffusiondialysisfortherecoveryofsulfuricacidfromtitaniumwhitewasteacid以阳离子交换膜扩散渗析处理钨矿废碱液（NaOH+Na2WO4）为例，介绍扩散渗析回收碱的工作原理。如图1.2所示，离子交换膜的左侧为渗析室，用来盛放钨矿废碱液（NaOH+Na2WO4），右侧为扩散室用来盛放蒸馏水，在浓度差作用下，钠离子（Na+）、氢氧根离子(OH-)、钨酸根离子(WO42-)都有从渗析液室侧向扩散液室侧扩散的趋势，同样由于阳离子交换膜主体中负电荷活性基团的作用，阳离子（钠离子）可以顺利通过膜扩散进入扩散液室侧，而阴离子（氢氧根离子和钨酸根离子）理论上由于负电荷的排斥作用被抑制无法透过膜[7-10]。然而，氢氧根离子较于钨酸根离子更容易透过膜扩散进入水侧以满足溶液电中性的要求，从而达到分离碱盐的目的[11]。图1.2阳离子交换膜扩散渗析处理钨矿废碱液原理示意图
第一章绪论5散液室，两个隔室之间用离子交换膜隔开，且在实验过程中为了减少浓度差极化的影响，两个隔室均使用搅拌装置搅拌。静态扩散渗析池主要用于实验室研究，用来测定膜的渗析系数及分离因子[22]。图1.3静态扩散渗析池示意图。1.渗析液室；2.扩散液室；3.搅拌棒；4.电机；5.离子交换膜Fig.13Schematicdiagramofstaticdiffusiondialysisdevice1.Dialysatecompartment;2.Diffusatecompartment;3.Stirringrod;4.Motor;5.Ionexchangemembrane第二种是板框式扩散渗析组件，由几个重复单元构成，其中每个单元都包括一个渗析液室和一个扩散液室，并由离子交换膜所隔开，板框式扩散渗析组件主要有离子交换膜、配液板、加强板、流液板框等组成，主要特点有结构简单、组装拆卸方便、方便清洗等[23]。图1.4是板框式扩散渗析组件内部结构示意图。由图可见，扩散液室和渗析液室中的溶液采用逆流流动的方式，可以获得较大的传质推动力。板框式扩散渗析组件因为其特点优势，成为了应用最为广泛并可商品化生产的扩散渗析器。例如，山东天维研发出的具有国际先进水平的板框式阴离子交换膜扩散渗析器，在钛白粉生产、湿法冶金、钢铁生产等行业的回收酸应用中取得了良好的经济、社会效益。日本ASTOM公司研发的TSD-2型板框式扩散渗析组件由于具有较高的酸回收率而应用较为广泛。
【参考文献】：
期刊论文
[1]化学势在多组分热力学平衡体系中的应用[J]. 胡军福. 汉江师范学院学报. 2017(03)
[2]Modeling for tungstic precipitation and extraction based on Pitzer equation[J]. Xinyue Zhang,Pengge Ning,Weifeng Xu,Hongbin Cao,Yi Zhang. Science China（Chemistry）. 2016(04)
[3]利用变阱宽方阱链流体状态方程计算1:1电解质溶液热力学性质[J]. 罗志林,李进龙,彭昌军,刘洪来. 化工学报. 2014(01)
[4]非平衡热力学在界面传递过程中的应用[J]. 陆小华,吉远辉,刘洪来. 中国科学:化学. 2011(09)
[5]碱性废水处理及回收利用研究进展[J]. 刘建明,吴叔兵. 中国资源综合利用. 2008(09)
[6]酸回收的扩散渗析技术及其发展现状[J]. 付丹,徐静. 污染防治技术. 2008(01)
[7]非平衡态热力学的研究进展及应用[J]. 张士宪,李运刚,何小凤. 湿法冶金. 2007(04)
[8]草浆黑液中碱的扩散渗析回收与处理[J]. 杨骥,刘开成,贾金平,叶建昌. 环境科学与技术. 2006(12)
[9]黑液电渗析回收碱的研究[J]. 杨骥,刘开成,郭锐,彭娟,许德才,贾金平,叶建昌. 环境化学. 2006(05)
[10]膜分离技术在处理酸性废液中的应用概述[J]. 彭会清,庞翠玲. 金属矿山. 2006(09)
博士论文
[1]PVA基杂化阳离子交换膜的制备及其碱回收性能[D]. 郝建文.中国科学技术大学 2013
[2]扩散渗析法过程的几个关键科学问题研究[D]. 罗婧艺.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]电场辅助非对称多孔膜的制备及扩散渗析酸回收应用[D]. 刘娇.中国科学技术大学 2018
本文编号：3209938
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阴离子交换膜扩散渗析处理钛白废酸原理示意图
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文2图1.1阴离子交换膜扩散渗析处理钛白废酸原理示意图Fig.1.1Schematicdiagramofanionexchangemembranediffusiondialysisfortherecoveryofsulfuricacidfromtitaniumwhitewasteacid以阳离子交换膜扩散渗析处理钨矿废碱液（NaOH+Na2WO4）为例，介绍扩散渗析回收碱的工作原理。如图1.2所示，离子交换膜的左侧为渗析室，用来盛放钨矿废碱液（NaOH+Na2WO4），右侧为扩散室用来盛放蒸馏水，在浓度差作用下，钠离子（Na+）、氢氧根离子(OH-)、钨酸根离子(WO42-)都有从渗析液室侧向扩散液室侧扩散的趋势，同样由于阳离子交换膜主体中负电荷活性基团的作用，阳离子（钠离子）可以顺利通过膜扩散进入扩散液室侧，而阴离子（氢氧根离子和钨酸根离子）理论上由于负电荷的排斥作用被抑制无法透过膜[7-10]。然而，氢氧根离子较于钨酸根离子更容易透过膜扩散进入水侧以满足溶液电中性的要求，从而达到分离碱盐的目的[11]。图1.2阳离子交换膜扩散渗析处理钨矿废碱液原理示意图
第一章绪论5散液室，两个隔室之间用离子交换膜隔开，且在实验过程中为了减少浓度差极化的影响，两个隔室均使用搅拌装置搅拌。静态扩散渗析池主要用于实验室研究，用来测定膜的渗析系数及分离因子[22]。图1.3静态扩散渗析池示意图。1.渗析液室；2.扩散液室；3.搅拌棒；4.电机；5.离子交换膜Fig.13Schematicdiagramofstaticdiffusiondialysisdevice1.Dialysatecompartment;2.Diffusatecompartment;3.Stirringrod;4.Motor;5.Ionexchangemembrane第二种是板框式扩散渗析组件，由几个重复单元构成，其中每个单元都包括一个渗析液室和一个扩散液室，并由离子交换膜所隔开，板框式扩散渗析组件主要有离子交换膜、配液板、加强板、流液板框等组成，主要特点有结构简单、组装拆卸方便、方便清洗等[23]。图1.4是板框式扩散渗析组件内部结构示意图。由图可见，扩散液室和渗析液室中的溶液采用逆流流动的方式，可以获得较大的传质推动力。板框式扩散渗析组件因为其特点优势，成为了应用最为广泛并可商品化生产的扩散渗析器。例如，山东天维研发出的具有国际先进水平的板框式阴离子交换膜扩散渗析器，在钛白粉生产、湿法冶金、钢铁生产等行业的回收酸应用中取得了良好的经济、社会效益。日本ASTOM公司研发的TSD-2型板框式扩散渗析组件由于具有较高的酸回收率而应用较为广泛。
【参考文献】：
期刊论文
[1]化学势在多组分热力学平衡体系中的应用[J]. 胡军福. 汉江师范学院学报. 2017(03)
[2]Modeling for tungstic precipitation and extraction based on Pitzer equation[J]. Xinyue Zhang,Pengge Ning,Weifeng Xu,Hongbin Cao,Yi Zhang. Science China（Chemistry）. 2016(04)
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[6]酸回收的扩散渗析技术及其发展现状[J]. 付丹,徐静. 污染防治技术. 2008(01)
[7]非平衡态热力学的研究进展及应用[J]. 张士宪,李运刚,何小凤. 湿法冶金. 2007(04)
[8]草浆黑液中碱的扩散渗析回收与处理[J]. 杨骥,刘开成,贾金平,叶建昌. 环境科学与技术. 2006(12)
[9]黑液电渗析回收碱的研究[J]. 杨骥,刘开成,郭锐,彭娟,许德才,贾金平,叶建昌. 环境化学. 2006(05)
[10]膜分离技术在处理酸性废液中的应用概述[J]. 彭会清,庞翠玲. 金属矿山. 2006(09)
博士论文
[1]PVA基杂化阳离子交换膜的制备及其碱回收性能[D]. 郝建文.中国科学技术大学 2013
[2]扩散渗析法过程的几个关键科学问题研究[D]. 罗婧艺.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]电场辅助非对称多孔膜的制备及扩散渗析酸回收应用[D]. 刘娇.中国科学技术大学 2018
本文编号：3209938
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