磺化杂萘联苯聚醚酮膜的电渗析脱盐和浓缩
发布时间：2021-08-29 11:04
以磺化杂萘联苯聚芳醚酮离子交换膜为电渗析阳膜,考察初始溶液体积比、流速和操作电流等条件对低浓度溶液脱盐和高浓度溶液浓缩的影响.结果表明,浓淡室初始溶液体积比从1∶1增大到3∶1时,对于低浓度溶液的脱盐效果以及能耗无明显影响;而高浓度溶液浓缩实验中,浓淡室初始溶液体积比从1∶1调节为1∶3,最终浓缩率可以从94%提高到201%.流速从20 mL/min提高到60 mL/min,对低浓度溶液的脱盐过程造成不利影响,105 min时的脱盐率从76%降低到71%;而高浓度溶液的最终浓缩率却从191%增加到223%.随着操作电流的增加,低浓度溶液脱盐率增大、高浓度溶液浓缩效率提高,但会导致操作电压和能耗增大.
【文章来源】：膜科学与技术. 2020,40(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
电渗析装置[14]
由图2(a)和2(c)可知,在电流作用下,由于离子交换膜的选择性,使得淡化室的离子向浓缩室迁移,淡化室的电导率逐渐降低,而浓缩室的电导率则逐渐增大[6].对于低浓度溶液的脱盐过程,不同初始溶液体积比对淡化室的迁移行为并没有明显影响,三者的电导率 - 时间曲线基本一致,180 min时,不同初始溶液体积比下的脱盐率均能达到99%.从图2(b)和2(d)可知,不同溶液体积比下的电压曲线基本一致,均随着电导率的降低而逐渐升高,这是由于电导率降低意味着淡化室的电阻提高,使得操作电压增大[15].由于电渗析行为基本一致,不同比例下淡化室水回收率大于98%,能耗均在3.9 kW·h/kg左右,说明SPPEK阳离子膜可应用于电渗析脱盐.对于高浓度溶液浓缩而言,浓缩室和淡化室初始溶液体积比对于浓缩效果有着非常明显的影响.由图3(a)和3(c)可知,同样经过480 min的操作,将浓缩室/淡化室溶液体积比从1∶1调节为1∶3后,浓缩率从94%提高到201%,继续将料液比调节到1∶100后,浓缩率增大到223%,说明增大淡化室溶液相对用量可以有效提高电渗析的浓缩率.一方面,浓缩室的离子来自于淡化室离子的定向迁移,淡化室的离子总量越多,可供迁移的离子则越多;另一方面,由于料液量的增大,在电渗析操作过程中,淡化室的溶液浓度降低程度减缓,使得浓缩室和淡化室因浓差渗析导致的水迁移量减少,两方面共同作用提高了浓缩室溶液的最终浓缩率.图3(c)中,调节溶液体积比后,浓缩室的体积变化率增大,这是由于电渗析过程中,水会伴随离子的迁移而迁移(即电迁移),离子迁移量增大,水的电迁移量也随之增大[16].溶液体积比也影响了电渗析过程的操作电压变化.由图3(b)和3(d)可知,当浓缩室/淡化室溶液体积比为1∶1,在180 min时,操作电压已经增大到29.2 V,这是由于此时淡化室溶液的电导率仅为4.6 mS/cm,电阻大使得操作电压剧增[16].但是,当浓缩室/淡化室溶液体积比调节到1∶2和1∶3,在480 min时,电压仅增加到7.6和7.0 V.浓缩室/淡化室溶液体积比继续调节为1∶100后,电压反而从5.9 V降低到5.6 V,这是由于淡化室溶液用量大,其浓度变化不大,而浓缩室的溶液浓度提高,降低了浓缩室的电阻,使整个体系的电阻降低,从而降低了电压,能耗从3.59 kW·h/kg降低到1.28 kW·h/kg.因此,对于低浓度溶液的电渗析操作,调节浓缩室/淡化室的料液体积比对于脱盐效果和能耗并没有明显影响;而对于高浓度溶液的浓缩,增加淡化室溶液的相对用量可以有效提高浓缩效果,并且降低能耗[16].
由图4(a)和(c)可知,随着流速的增大,初期淡化室的脱盐效率逐渐降低,当淡化室流速分别为20、40和60 mL/min,在105 min时,脱盐率分别为76%、73%和71%,电流效率分别为99%、98%和96%.由于淡化室的溶液有限,在180 min时,不同流速下的电导率曲线逐渐趋近一致,脱盐率均达到99%.由图4(b)和4(d)可知,相同时间条件下,高流速的电压均低于低流速的电压.这是由于流速增大,流体的湍流程度和剪切作用增强,降低了离子交换膜表面的扩散边界层厚度,电渗析过程中的离子传递阻力降低,降低了体系的电阻,从而降低了电压[17-18].电压降低,也使电渗析的能耗从4.43 kW·h/kg降低到3.88 kW·h/kg.因此,需要综合考虑脱盐效率和能耗,选择合适的流速.图4 流速对低浓度溶液脱盐的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]电渗析用于造纸制浆母液脱盐[J]. 李照阳,李荣宗,仲兆祥,周明,张峰,邢卫红. 膜科学与技术. 2019(04)
[2]节能电渗析用于海水纳滤产水二级脱盐研究[J]. 刘颖,王俐丹,王建友. 膜科学与技术. 2018(03)
[3]电渗析和离子交换耦合过程对苏氨酸发酵液脱盐处理[J]. 吴俊,吴永会,吴翠明. 膜科学与技术. 2018(03)
[4]离子交换膜的重大国家需求和创新研究[J]. 徐铜文. 膜科学与技术. 2008(05)
博士论文
[1]以电渗析为基础的传质新理论和新工艺研究[D]. 蒋晨啸.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]磺化聚芳醚酮膜的制备及其气体渗透性能[D]. 王涛.大连理工大学 2015
本文编号：3370532
【文章来源】：膜科学与技术. 2020,40(04)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
电渗析装置[14]
由图2(a)和2(c)可知,在电流作用下,由于离子交换膜的选择性,使得淡化室的离子向浓缩室迁移,淡化室的电导率逐渐降低,而浓缩室的电导率则逐渐增大[6].对于低浓度溶液的脱盐过程,不同初始溶液体积比对淡化室的迁移行为并没有明显影响,三者的电导率 - 时间曲线基本一致,180 min时,不同初始溶液体积比下的脱盐率均能达到99%.从图2(b)和2(d)可知,不同溶液体积比下的电压曲线基本一致,均随着电导率的降低而逐渐升高,这是由于电导率降低意味着淡化室的电阻提高,使得操作电压增大[15].由于电渗析行为基本一致,不同比例下淡化室水回收率大于98%,能耗均在3.9 kW·h/kg左右,说明SPPEK阳离子膜可应用于电渗析脱盐.对于高浓度溶液浓缩而言,浓缩室和淡化室初始溶液体积比对于浓缩效果有着非常明显的影响.由图3(a)和3(c)可知,同样经过480 min的操作,将浓缩室/淡化室溶液体积比从1∶1调节为1∶3后,浓缩率从94%提高到201%,继续将料液比调节到1∶100后,浓缩率增大到223%,说明增大淡化室溶液相对用量可以有效提高电渗析的浓缩率.一方面,浓缩室的离子来自于淡化室离子的定向迁移,淡化室的离子总量越多,可供迁移的离子则越多;另一方面,由于料液量的增大,在电渗析操作过程中,淡化室的溶液浓度降低程度减缓,使得浓缩室和淡化室因浓差渗析导致的水迁移量减少,两方面共同作用提高了浓缩室溶液的最终浓缩率.图3(c)中,调节溶液体积比后,浓缩室的体积变化率增大,这是由于电渗析过程中,水会伴随离子的迁移而迁移(即电迁移),离子迁移量增大,水的电迁移量也随之增大[16].溶液体积比也影响了电渗析过程的操作电压变化.由图3(b)和3(d)可知,当浓缩室/淡化室溶液体积比为1∶1,在180 min时,操作电压已经增大到29.2 V,这是由于此时淡化室溶液的电导率仅为4.6 mS/cm,电阻大使得操作电压剧增[16].但是,当浓缩室/淡化室溶液体积比调节到1∶2和1∶3,在480 min时,电压仅增加到7.6和7.0 V.浓缩室/淡化室溶液体积比继续调节为1∶100后,电压反而从5.9 V降低到5.6 V,这是由于淡化室溶液用量大,其浓度变化不大,而浓缩室的溶液浓度提高,降低了浓缩室的电阻,使整个体系的电阻降低,从而降低了电压,能耗从3.59 kW·h/kg降低到1.28 kW·h/kg.因此,对于低浓度溶液的电渗析操作,调节浓缩室/淡化室的料液体积比对于脱盐效果和能耗并没有明显影响;而对于高浓度溶液的浓缩,增加淡化室溶液的相对用量可以有效提高浓缩效果,并且降低能耗[16].
由图4(a)和(c)可知,随着流速的增大,初期淡化室的脱盐效率逐渐降低,当淡化室流速分别为20、40和60 mL/min,在105 min时,脱盐率分别为76%、73%和71%,电流效率分别为99%、98%和96%.由于淡化室的溶液有限,在180 min时,不同流速下的电导率曲线逐渐趋近一致,脱盐率均达到99%.由图4(b)和4(d)可知,相同时间条件下,高流速的电压均低于低流速的电压.这是由于流速增大,流体的湍流程度和剪切作用增强,降低了离子交换膜表面的扩散边界层厚度,电渗析过程中的离子传递阻力降低,降低了体系的电阻,从而降低了电压[17-18].电压降低,也使电渗析的能耗从4.43 kW·h/kg降低到3.88 kW·h/kg.因此,需要综合考虑脱盐效率和能耗,选择合适的流速.图4 流速对低浓度溶液脱盐的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]电渗析用于造纸制浆母液脱盐[J]. 李照阳,李荣宗,仲兆祥,周明,张峰,邢卫红. 膜科学与技术. 2019(04)
[2]节能电渗析用于海水纳滤产水二级脱盐研究[J]. 刘颖,王俐丹,王建友. 膜科学与技术. 2018(03)
[3]电渗析和离子交换耦合过程对苏氨酸发酵液脱盐处理[J]. 吴俊,吴永会,吴翠明. 膜科学与技术. 2018(03)
[4]离子交换膜的重大国家需求和创新研究[J]. 徐铜文. 膜科学与技术. 2008(05)
博士论文
[1]以电渗析为基础的传质新理论和新工艺研究[D]. 蒋晨啸.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]磺化聚芳醚酮膜的制备及其气体渗透性能[D]. 王涛.大连理工大学 2015
本文编号：3370532
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