电去离子过程的数学模拟的研究

发布时间：2020-11-03 06:17

　　 电去离子(EDI)技术是一种将电渗析和离子交换法相结合的去离子新工艺,正逐渐成为超纯水的制备和低浓度重金属离子废水处理的主流技术。但是,一些EDI核心问题,诸如EDI过程浓度极化对水解离的影响和水解离对EDI过程的分离率与电流效率的影响等方面至今仍无深入的研究,未建立起完善、合理的EDI基础理论体系。 我们对EDI过程进行建模,通过对理论模型的求解获得EDI中各物理参数的分布,对EDI中离子传递过程、离子交换过程和水解离过程等进行系统的描述,进而阐述EDI阴阳膜水解离的差异性、膜面水解离对分离率和电流效率的影响以及水解离产物对盐离子迁移的增强作用。水解离对盐离子的分离起着极其重要的作用。目前研究者对水解离的认识仅仅停留在“水解离使得树脂再生,高树脂转化率是深度去离子的必要条件”上,但对这个必要性的讨论很少。我们经过计算和分析发现水解离虽然使得电流效率降低,但是它能增强盐离子的迁移,从而增大盐离子的分离率。阴膜界面水解离产物H+能增强阳盐离子的传递,而阳膜界面水解离产物OH-能增强阴盐离子的传递。 在淡室中单独填充阳离子交换树脂的EDI(CREDI)一般用于重金属离子的去除。经过计算我们发现CREDI的阴膜水解离电流密度要远高于阳膜,故阴膜水解离对阳盐离子迁移的增强作用要大于阳膜水解离对阴盐离子迁移的增强作用,因此阳离子分离率要远高于阴离子。CREDI目前存在的问题是电流效率低以及膜面沉淀污染严重。我们从水解离对离子迁移的增强角度出发,改进床层树脂填充方式,从淡室的进口到出口,依次填充阳树脂、阴树脂和混床树脂。相比CREDI,在同一目标去除率下,填充分层树脂的EDI的电流效率增大,同时浓室内膜面沉淀量显著降低。 在淡室中填充混合离子交换树脂的EDI(MixEDI)一般用于生产超纯水。目前研究者仅仅从工艺的角度来提高MixEDI的去除率和电流效率。我们从水解离的角度来分析由水解离造成的阴阳盐离子分离率的差异。经过计算和分析,我们发现MixEDI的阴阳膜水解离电流密度的差距要小于CREDI的,但是阴膜水解离电流密度仍然高于阳膜,因此阳盐离子的分离效率要高于阴盐离子的。我们假设阳膜上也存在一定浓度的催化基团,通过调整阳膜上催化基团的浓度来调整阴阳离子分离率的差异,从而使得在较低的电流密度和较高的电流效率下达到目标阴阳离子去除率。我们研究了阳膜上含有不同催化基团浓度的MixEDI过程,经过计算我们发现在阳膜上接枝催化基团的浓度为阴膜上催化基团浓度的1/2的时候,阴阳盐离子去除率的差异显著减小,MixEDI能在较高电流效率下同时获得较高的阴阳盐离子去除率。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：X703
【部分图文】：

图 1.1 电去离子过程单元的示意图Fig. 1.1 Schematical view of an EDI cell的基本原理如图 1.1 所示。电去离子的构造前者的淡室厚度较大，并且在其中填充有离子

图 1.2 水解离过程及其产物传递过程Fig. 1.2 Process of water dissociation and the transportation of the product对应于不同离子去除目的，EDI 淡室内的填充方式也是不同的。对于超纯生产，一般需要处理的都是 1-1 价型盐离子溶液，为了有效的提高淡室的电，淡室内填充的树脂需要分别为阴阳离子提供电导率较高的离子传递通道。

其中 L 为 EDI 堆的高度，ddc 为浓室的为浓室厚度的一半)，dcm 和 dam 分别为阳膜和阴膜的matical diagram of EDI model. L is the length of EDI cell;ate compartment (ddc-1 and ddc-2 are equal to ddc/2); dcmthickness of the cation and anion membrane, respectively
【引证文献】

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1 陆君;王宇新;闫秀芬;朱佳;;电去离子中膜面水解离过程的数值计算研究[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2011年04期

本文编号：2868207