电控离子选择渗透膜分离传质模型及其在铅锌选矿废水回用过程的模拟研究
发布时间：2020-12-04 18:57
我国水资源污染严重,根据《中国环境状况公报》等相关环境部门报告显示,我国七大水系、湖泊、河流、海洋等都存在着不同程度的污染。污染的来源主要是制造业、冶金、化工工业以及采矿业等排放的低浓度有毒有害废水,现有技术处理废水中的低浓度有害离子较为困难。电控离子选择渗透膜分离（ESIP）技术是一种新兴分离技术,其专门针对处理低浓度离子。它优于传统方法（例如电渗析、离子交换法或反渗透）,因为其用于痕量离子的分离回收只需要消耗很少的能量并具有极高的选择性,可以实现复杂体系下无机盐的分离、回收和资源再利用,更为重要的是该过程中不会产生二次污染,对防止水资源的破坏、污染和浪费意义重大。ESIP作为一种清洁、高效、可持续的绿色清洁技术,在环境保护和资源再利用的过程中具有广泛的应用前景。然而,ESIP技术在大规模应用中仍存在很多难点,如电控离子选择渗透膜（ESIPM）性能的提高、ESIPM的放大、ESIP工艺的操作参数优化和运行能耗评估。对ESIP过程定量的数学分析有助于从传递本质上了解电控离子选择渗透分离过程,是ESIP膜分离器设计和放大的第一步。本论文以Nernst–Planck方程为基础,建立了模拟E...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FeHCF的晶格结构示意图
1-2 基于 ESIX 技术的新型电位响应混合膜系统示意图ram of new potential response mixed membrane system b透膜分离技术电极电位作为驱动力，利用氧化还原过程实现的离子，不需要使用再生剂再生，消除了二次但是 ESIX 技术始终无法连续操作，成为限制者提出多种操作方式和反应器结构。Weildlich 用于导电聚合物 PPy 处理 Ca2+和 Mg2+的过室”的反应器，其操作过程如图 1-3 所示。两应器的两侧，用阴离子交换膜将两者间隔开来后，切换电流方向，改变液路，饱和的膜电极侧的阳离子交换膜电极开始吸附原料液的离子”的反应器，反应器的两侧分别为 ITO 导电玻
图 1-3 双电控离子交换膜连续分离的示意图[35]Fig. 1-3 Structure diagram of continuous separation ofions图 1-4 电化学除氟反应器的结构示意图[36]Fig. 1-4 Structure diagram of electrochemicaldefluoridation reactor澳大利亚 Wollongong 大学的 Wallace 课题组[37]设计了一系列基于导电聚合物 PPy膜分离离子的实验，分别考察了电活性离子交换膜的结构、电极基体以及脉冲电位对金属离子传递速率的影响。在前人大量工作的基础上，本课题组的 Zhang 等[38]选择导电性好、机械强度高且成本低廉的不锈钢丝网作为导电支撑基体，在不锈钢丝网上用电化学方法沉积导电聚合物 PPy 制备成膜，并且设计了一种新型的电位-电场耦合系统来分离碱金属，这种新型的离子传递系统称为电控离子选择渗透（ESIP）膜分离技术。Gao 等[39-41]制备了一系列不同维度的碳基膜材料，包括一维 MWCNT/PTFE 复合膜、二维PPy@GO 复合膜和零维 BPEI-CQD/PPy/PSS 膜，并在 ESIP 系统中考察了入口浓度、槽电压、流速等对复合膜电控离子选择渗透性能的影响。ESIP 工艺是在 ESIX 技术和普通的电渗析的基础之上发展起来的，其核心是利用离子在电场作用下的定向运动和氧化还原状态切换过程中膜的选择透过性等特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子膜电渗析在高盐废水“零排放”中的应用、机遇与挑战[J]. 颜海洋,汪耀明,蒋晨啸,王晓林,李传润,吴亮,徐铜文. 化工进展. 2019(01)
[2]铅锌矿选矿废水处理技术进展[J]. 陈俊,刘军华,王娜. 有色金属设计. 2018(02)
[3]会泽铅锌矿选矿废水处理技术进展[J]. 敖顺福,江锐,刘志成,高连启,惠世和. 矿产保护与利用. 2017(05)
[4]国内外选矿废水处理及回收利用研究进展[J]. 宋强,谢贤,杨子轩,范培强. 价值工程. 2017(02)
[5]非水溶性醌加速菌GWF生物还原高氯酸盐的研究[J]. 张媛媛,郭延凯,张超,梁晓红,田秀蕾,牛文钰,廉静,郭建博. 环境科学. 2016(03)
[6]电化学法在工业含铬废水处理中的应用[J]. 张玉翠. 资源节约与环保. 2016(02)
[7]电化学技术在有色冶金含重金属废水处理的运用与实践[J]. 李洪伟,安俊菁,聂文斌. 云南冶金. 2015(06)
[8]铅锌选矿废水处理工艺研究概述[J]. 谷艳玲,邓云武,冯寅. 有色金属设计. 2015(01)
[9]Aspen Plus用户模型在离子膜制碱电解工艺中的模拟开发[J]. 孙曼曼,杨慧,孟祥奎,曹长青. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2013(03)
[10]造纸企业节能关键共性技术——过程能量系统的综合优化与集成技术[J]. 李继庚,刘焕彬. 造纸科学与技术. 2008(06)
博士论文
[1]双极膜电渗析法生产有机酸过程的几个关键科学问题研究[D]. 汪耀明.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]电镀废水回用的膜工艺优化及膜污染控制[D]. 姜晓锋.北京化工大学 2017
[2]外场作用下的传质Maxwell-Stefan方程及其应用研究[D]. 杜尚永.华南理工大学 2011
本文编号：2898084
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FeHCF的晶格结构示意图
1-2 基于 ESIX 技术的新型电位响应混合膜系统示意图ram of new potential response mixed membrane system b透膜分离技术电极电位作为驱动力，利用氧化还原过程实现的离子，不需要使用再生剂再生，消除了二次但是 ESIX 技术始终无法连续操作，成为限制者提出多种操作方式和反应器结构。Weildlich 用于导电聚合物 PPy 处理 Ca2+和 Mg2+的过室”的反应器，其操作过程如图 1-3 所示。两应器的两侧，用阴离子交换膜将两者间隔开来后，切换电流方向，改变液路，饱和的膜电极侧的阳离子交换膜电极开始吸附原料液的离子”的反应器，反应器的两侧分别为 ITO 导电玻
图 1-3 双电控离子交换膜连续分离的示意图[35]Fig. 1-3 Structure diagram of continuous separation ofions图 1-4 电化学除氟反应器的结构示意图[36]Fig. 1-4 Structure diagram of electrochemicaldefluoridation reactor澳大利亚 Wollongong 大学的 Wallace 课题组[37]设计了一系列基于导电聚合物 PPy膜分离离子的实验，分别考察了电活性离子交换膜的结构、电极基体以及脉冲电位对金属离子传递速率的影响。在前人大量工作的基础上，本课题组的 Zhang 等[38]选择导电性好、机械强度高且成本低廉的不锈钢丝网作为导电支撑基体，在不锈钢丝网上用电化学方法沉积导电聚合物 PPy 制备成膜，并且设计了一种新型的电位-电场耦合系统来分离碱金属，这种新型的离子传递系统称为电控离子选择渗透（ESIP）膜分离技术。Gao 等[39-41]制备了一系列不同维度的碳基膜材料，包括一维 MWCNT/PTFE 复合膜、二维PPy@GO 复合膜和零维 BPEI-CQD/PPy/PSS 膜，并在 ESIP 系统中考察了入口浓度、槽电压、流速等对复合膜电控离子选择渗透性能的影响。ESIP 工艺是在 ESIX 技术和普通的电渗析的基础之上发展起来的，其核心是利用离子在电场作用下的定向运动和氧化还原状态切换过程中膜的选择透过性等特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子膜电渗析在高盐废水“零排放”中的应用、机遇与挑战[J]. 颜海洋,汪耀明,蒋晨啸,王晓林,李传润,吴亮,徐铜文. 化工进展. 2019(01)
[2]铅锌矿选矿废水处理技术进展[J]. 陈俊,刘军华,王娜. 有色金属设计. 2018(02)
[3]会泽铅锌矿选矿废水处理技术进展[J]. 敖顺福,江锐,刘志成,高连启,惠世和. 矿产保护与利用. 2017(05)
[4]国内外选矿废水处理及回收利用研究进展[J]. 宋强,谢贤,杨子轩,范培强. 价值工程. 2017(02)
[5]非水溶性醌加速菌GWF生物还原高氯酸盐的研究[J]. 张媛媛,郭延凯,张超,梁晓红,田秀蕾,牛文钰,廉静,郭建博. 环境科学. 2016(03)
[6]电化学法在工业含铬废水处理中的应用[J]. 张玉翠. 资源节约与环保. 2016(02)
[7]电化学技术在有色冶金含重金属废水处理的运用与实践[J]. 李洪伟,安俊菁,聂文斌. 云南冶金. 2015(06)
[8]铅锌选矿废水处理工艺研究概述[J]. 谷艳玲,邓云武,冯寅. 有色金属设计. 2015(01)
[9]Aspen Plus用户模型在离子膜制碱电解工艺中的模拟开发[J]. 孙曼曼,杨慧,孟祥奎,曹长青. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2013(03)
[10]造纸企业节能关键共性技术——过程能量系统的综合优化与集成技术[J]. 李继庚,刘焕彬. 造纸科学与技术. 2008(06)
博士论文
[1]双极膜电渗析法生产有机酸过程的几个关键科学问题研究[D]. 汪耀明.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]电镀废水回用的膜工艺优化及膜污染控制[D]. 姜晓锋.北京化工大学 2017
[2]外场作用下的传质Maxwell-Stefan方程及其应用研究[D]. 杜尚永.华南理工大学 2011
本文编号：2898084
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