以磺化雜萘聯(lián)苯聚芳醚酮離子交換膜為電滲析陽膜,考察初始溶液體積比、流速和操作電流等條件對低濃度溶液脫鹽和高濃度溶液濃縮的影響.結(jié)果表明,濃淡室初始溶液體積比從1∶1增大到3∶1時,對于低濃度溶液的脫鹽效果以及能耗無明顯影響;而高濃度溶液濃縮實驗中,濃淡室初始溶液體積比從1∶1調(diào)節(jié)為1∶3,最終濃縮率可以從94%提高到201%.流速從20 mL/min提高到60 mL/min,對低濃度溶液的脫鹽過程造成不利影響,105 min時的脫鹽率從76%降低到71%;而高濃度溶液的最終濃縮率卻從191%增加到223%.隨著操作電流的增加,低濃度溶液脫鹽率增大、高濃度溶液濃縮效率提高,但會導(dǎo)致操作電壓和能耗增大. 

【文章來源】：膜科學(xué)與技術(shù). 2020,40(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

電滲析裝置[14]

由圖2(a)和2(c)可知,在電流作用下,由于離子交換膜的選擇性,使得淡化室的離子向濃縮室遷移,淡化室的電導(dǎo)率逐漸降低,而濃縮室的電導(dǎo)率則逐漸增大[6].對于低濃度溶液的脫鹽過程,不同初始溶液體積比對淡化室的遷移行為并沒有明顯影響,三者的電導(dǎo)率 - 時間曲線基本一致,180 min時,不同初始溶液體積比下的脫鹽率均能達到99%.從圖2(b)和2(d)可知,不同溶液體積比下的電壓曲線基本一致,均隨著電導(dǎo)率的降低而逐漸升高,這是由于電導(dǎo)率降低意味著淡化室的電阻提高,使得操作電壓增大[15].由于電滲析行為基本一致,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,說明SPPEK陽離子膜可應(yīng)用于電滲析脫鹽.對于高濃度溶液濃縮而言,濃縮室和淡化室初始溶液體積比對于濃縮效果有著非常明顯的影響.由圖3(a)和3(c)可知,同樣經(jīng)過480 min的操作,將濃縮室/淡化室溶液體積比從1∶1調(diào)節(jié)為1∶3后,濃縮率從94%提高到201%,繼續(xù)將料液比調(diào)節(jié)到1∶100后,濃縮率增大到223%,說明增大淡化室溶液相對用量可以有效提高電滲析的濃縮率.一方面,濃縮室的離子來自于淡化室離子的定向遷移,淡化室的離子總量越多,可供遷移的離子則越多;另一方面,由于料液量的增大,在電滲析操作過程中,淡化室的溶液濃度降低程度減緩,使得濃縮室和淡化室因濃差滲析導(dǎo)致的水遷移量減少,兩方面共同作用提高了濃縮室溶液的最終濃縮率.圖3(c)中,調(diào)節(jié)溶液體積比后,濃縮室的體積變化率增大,這是由于電滲析過程中,水會伴隨離子的遷移而遷移(即電遷移),離子遷移量增大,水的電遷移量也隨之增大[16].溶液體積比也影響了電滲析過程的操作電壓變化.由圖3(b)和3(d)可知,當濃縮室/淡化室溶液體積比為1∶1,在180 min時,操作電壓已經(jīng)增大到29.2 V,這是由于此時淡化室溶液的電導(dǎo)率僅為4.6 mS/cm,電阻大使得操作電壓劇增[16].但是,當濃縮室/淡化室溶液體積比調(diào)節(jié)到1∶2和1∶3,在480 min時,電壓僅增加到7.6和7.0 V.濃縮室/淡化室溶液體積比繼續(xù)調(diào)節(jié)為1∶100后,電壓反而從5.9 V降低到5.6 V,這是由于淡化室溶液用量大,其濃度變化不大,而濃縮室的溶液濃度提高,降低了濃縮室的電阻,使整個體系的電阻降低,從而降低了電壓,能耗從3.59 kW·h/kg降低到1.28 kW·h/kg.因此,對于低濃度溶液的電滲析操作,調(diào)節(jié)濃縮室/淡化室的料液體積比對于脫鹽效果和能耗并沒有明顯影響;而對于高濃度溶液的濃縮,增加淡化室溶液的相對用量可以有效提高濃縮效果,并且降低能耗[16].

由圖4(a)和(c)可知,隨著流速的增大,初期淡化室的脫鹽效率逐漸降低,當?shù)伊魉俜謩e為20、40和60 mL/min,在105 min時,脫鹽率分別為76%、73%和71%,電流效率分別為99%、98%和96%.由于淡化室的溶液有限,在180 min時,不同流速下的電導(dǎo)率曲線逐漸趨近一致,脫鹽率均達到99%.由圖4(b)和4(d)可知,相同時間條件下,高流速的電壓均低于低流速的電壓.這是由于流速增大,流體的湍流程度和剪切作用增強,降低了離子交換膜表面的擴散邊界層厚度,電滲析過程中的離子傳遞阻力降低,降低了體系的電阻,從而降低了電壓[17-18].電壓降低,也使電滲析的能耗從4.43 kW·h/kg降低到3.88 kW·h/kg.因此,需要綜合考慮脫鹽效率和能耗,選擇合適的流速.圖4 流速對低濃度溶液脫鹽的影響

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]節(jié)能電滲析用于海水納濾產(chǎn)水二級脫鹽研究[J]. 劉穎,王俐丹,王建友.  膜科學(xué)與技術(shù). 2018(03)
[3]電滲析和離子交換耦合過程對蘇氨酸發(fā)酵液脫鹽處理[J]. 吳俊,吳永會,吳翠明.  膜科學(xué)與技術(shù). 2018(03)
[4]離子交換膜的重大國家需求和創(chuàng)新研究[J]. 徐銅文.  膜科學(xué)與技術(shù). 2008(05)

博士論文
[1]以電滲析為基礎(chǔ)的傳質(zhì)新理論和新工藝研究[D]. 蔣晨嘯.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016

碩士論文
[1]磺化聚芳醚酮膜的制備及其氣體滲透性能[D]. 王濤.大連理工大學(xué) 2015



本文編號：3370532