含镍废水回收 《电渗析》.ppt
海水淡化----电渗析原理②电解质浓度差，扩散膜两侧溶液浓度不同，在浓度差作用下，电解质由浓水室向淡水室扩散③水渗透压，水由淡水室向浓水室渗透④水电渗水合离子，其迁移过程要携带一定数量的水分子才能迁移⑤水的电离电流密度与液体流速不匹配，电解质离子未能及时补充到膜表面，造成膜淡水侧水电离。超滤与反渗透类似，依靠压力和膜来工作。膜材料：醋酸纤维素或聚砜酰胺等，省去了热处理工序，膜孔径较大，可在较低压力下工作，具有较大的水流量。 与反渗透的区别： 用途：分离分子量500-、粒径0.005-10μm的大分子、胶体等物质 四、纳滤技术（NF） 纳滤膜是20世纪80年代在反渗透复合膜基础上发展起来的，是超低压反渗透技术的一个延续和发展分支，早期称为低压反渗透膜或松散反渗透膜。目前纳滤膜已从反渗透技术中分离出来，成为一门独立的分离技术。纳滤膜主要用于截留粒径0.1-1nm、分子量1000左右的物质，可让一价盐及小分子通过，操作压力相对较小（0.5-1MPa），分离物质粒径介于反渗透膜与超滤膜之间，但与以上两种膜有重叠。
纳滤正好填补了超滤与反渗透之间的空白，它能截留透过超滤膜的小分子量有机物，而把反渗透膜截留的无机盐进行透析。而且纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同，对一价离子的截留率较低（10%-80%），对二价、多价离子的截留率明显高于一价离子（90%以上）。 隔膜电解原理及应用（自学） 1、液膜的概念和特点 液膜分离是一项新发展起来的膜分离技术，是一种新兴的节能分离方法。液膜是悬浮在液体中的一层很薄的乳液微粒（3-5μm），它能把两种成分不同但又可混溶的溶液分离，通过渗透起分离作用。 液膜的特点：膜薄、比表面积大、分离速度快、传质驱动力大、萃取效率高、工艺简单、试剂消耗少，这对于试剂昂贵或处理量很大的传统萃取工艺具有重要的经济意义。另外，液膜选择性好，往往只对某类离子或分子有选择性的分离，分离效果显著。最大的缺点：强度低、破损率高、难以稳定操作、工艺和设备复杂。 2、液膜的组成及种类 （1）液膜的组成 ● 基本成膜物质 膜溶剂：有机溶剂或水，构成膜的基质。如煤油、石蜡等。 ● 表面活性剂：使液膜稳定，如多胺、山梨醇单油酸酯（）等。 ● 添加剂/移动载体：提高膜选择性，是实现分离和传质的关键因素。
如磷酸三丁酯、P204t、TBP等。 2.液膜式 3.液膜分离原理 苯胺废水的分离处理： 取V油：V内水=1：1，（V油：煤油-磷酸三丁酯-，V内水：稀盐酸或稀硫酸）； 高速搅拌一定时间，形成O/W型乳化液型液膜； 将O/W型乳化液投入苯胺废水中，搅拌、分散，形成W/O/W型多重乳化液。 反应：外水相中的苯胺透过油膜进入内水相，生成苯胺盐酸盐，内相中苯胺实际浓度接近于0，内外两项浓度梯度最大，苯胺继续向内相中扩散，但苯胺盐酸盐难以溶解在油膜中，不会通过扩散方式回到外水相破乳：内水相乳化液破乳后，可循环使用膜相，处理内水，实现分离浓缩。 3.液膜分离技术的应用领域 （1）在生物化学中的应用：为防止酶受外界物质的干扰，常需对酶进行“固定化”。采用液膜封固法固定化酶较之其他传统酶固定化方法有以下优点： ①制备简单； ②便于固定化低分子量及多酶体系； ③在体系中加入辅助酶时，无须采用小分子载体吸附技术（小分子载体吸附往往会降低辅助酶的效果）。 （2）在医药中的应用 液膜在医药中也有广泛的应用。如液膜人工肺、液膜人工肝、液膜人工肾、液膜解毒、液膜缓释药物等。
目前液膜在青霉素、氨基酸纯化回收领域也十分活跃。膜分离技术的前景和趋势主要考虑液膜的稳定性和溶质的溶解性。对于无载体的液膜，膜溶剂能优先溶解待分离的组分，而对其它组分的溶解度应很小；对于有载体的液膜，膜溶剂应能溶解载体而不溶解溶质。载体与待分离的溶质形成的络合物应具有适当的稳定性，在膜外部生成的络合物能在膜内扩散，在膜内部能溶解。 ①浸没式：以多孔聚合物膜为支撑体，将液膜溶液（有机溶剂）浸没在其孔内，内外相均与水溶液接触。 内相外相O膜载体 ②乳化型：将表面活性剂、添加剂和溶剂（内相试剂）的水溶液经高速（）搅拌，形成油包水（W/O）型乳状液，再将乳状液加入到低速（）搅拌的试验溶液中，乳状液均匀分散在试验溶液中，形成先水包油再包水（W/O/W）的复相乳状液。由于液膜浸渍在多孔载体上，能承受较大的压力和较高的选择性，能承担合成聚合物膜无法满足的分离要求。一般孔径越小，液膜越稳定，但孔径过小会降低孔隙率，从而降低渗透速率，传质面积小。乳化型液膜的传质比表面积最大，膜厚度最小，因此传质速率快，分离效果较好，有很好的工业化前景。
（a）选择性渗透液膜料液 （b）液滴内化学反应RC 液膜料液 C+R→P R1 液膜料液 （c）膜内化学反应C+R1→P1 （d）萃取吸附液膜料液 论述了液膜料液溶剂和表面活性剂的选择及用量、搅拌速度、乳水比、油液比、外相pH值、处理时间等。 液膜分离的操作过程 液膜分离的操作过程分为四个阶段： 乳液与待分离液体的接触 乳液的制备 萃余液的分离 乳液的分层及破乳方法：离心、加热、加破乳剂、静电破乳、调节pH等 含酚废水处理方案？ H2O+NaOH 苯酚钠 苯酚 （3）在萃取分离中的应用 液膜分离技术可用于含铬、硝基化合物、苯酚等废水的萃取处理，利用液膜处理苯酚废水的技术在我国已经比较成熟。 还用于石油、气体分离、矿物浸出液处理以及稀有元素分离等领域。**电渗析是利用离子交换膜和直流电场从水溶液中分离电解质组分的电化学分离过程。典型过程：血液透析；膜透析溶液溶剂渗透物原液溶质溶剂AB x1 x2溶剂+扩散物质2、电渗析（）用于海水淡化、纯水制备和废水处理；在分析中可用于无机盐溶液的浓缩或脱盐1电场作用下离子的定向迁移2膜的选择性渗透3分离对象/产品的目的地焦点+-极水盐水淡水1、电渗析的基本原理原理：利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴离子和阳离子的选择性渗透性，将溶液中的溶质从水中分离出来的物理化学过程。
阴离子膜只允许阴离子通过；阳离子膜只允许阳离子通过。 电极两侧都会发生氧化还原反应。 阴极还原反应 2H++2e→H2↑ 阴极室溶液呈碱性？ 结垢 阳极氧化反应 4OH-→O2+2H2O+4e 阳极室溶液呈酸性？ 腐蚀 电渗析分离原理图 + — + + + + + — — — — — 浓淡 浓淡 浓淡 正负阴阳 阴阳 浓水 淡水 + — 原水 极板 极板 极板 极板 阳极 阴极 二次过程 ①反离子的迁移 交换膜不可能100%选择性。 少量与从离子交换膜上解离出来的离子带相反电荷的离子透过膜，正电荷穿过负电荷，负电荷穿过正电荷 电渗析过程的主过程对电渗析有利，而副过程则会影响电渗析的脱盐或浓缩效率，增加电耗。在设计中应选择理想的离子交换膜和最佳操作条件，设法消除或改善这些不利影响。 极化与限制电流浓缩 电渗析过程中，膜中反离子的迁移数大于溶液中的反离子，造成淡水室中膜与溶液界面出现离子亏缺，当操作电流密度增大到一定程度时，主溶液中的离子不能很快补充到膜界面，迫使水分子电离产生H+和OH-来承载电流，这就是电渗析的极化现象。 电流密度是指单位面积通过膜的电流。 水分子发生解离反应时的工作电流密度称为极限电流密度。
电渗析的极化现象对电渗析操作有很大影响： （1）极化时，一部分电能消耗在水的电离上，降低了电流效率； （2）极化时，在浓水侧阴极膜界面上会形成沉淀，堵塞水流通道。 （3）由于沉淀和结垢的影响，膜性能发生变化，机械强度下降，膜电阻增大，膜使用寿命缩短。 为了避免极化和结垢，目前采用的措施有： （1）控制工作电流密度在极限电流密度下操作； （2）定期切换电极； （3）定期酸洗。 电渗析装置示意图动画 2.电渗析器装置及组装 主要部件 离子交换膜：膜组装前预处理，在操作溶液中浸泡24-48小时，停机时注满溶液 隔板：膜的支撑物，保持膜间距、水流通道； 分隔浓、淡水室 电极：要求耐腐蚀、导电性好 夹紧装置：将极区与膜堆组合在一起，组成一个不漏水的电渗析器 整体电渗析器组件 几个术语： 膜对：由1片阳离子膜、1片稀水隔板、1片阴离子膜和1片浓水隔板按一定顺序组成的电渗析器膜堆的最小脱盐单元。 膜堆：若干个模块对的集合。 级：电渗析器中一对电极之间所含的膜堆称为一个级，一台电渗析器的电极对数即为这台电渗析器的级数。 段：电渗析器中淡水流向相同的膜堆称为一个段。 级：通过锁紧装置将电渗析器组件锁紧成一个整体，称为电渗析器。 串联：多台电渗析器串联起来，组成一个脱盐整体，称为串联。 一对正负极之间的膜堆称为一段，水流方向相同的并联膜堆称为一段。组装形式：按段数可组装成多种方式。增加段数可降低电渗析总电压，增加段数可增加脱盐流程长度，提高脱盐率。一般每段膜对数为150～200对，每台电渗析器的膜对总数不超过400～500对。附属设备有整流器、水质检测、水量计量、增压泵、预处理装置、进出水管路、酸洗设施等。海水淡化工艺流程：海水→海水泵→无阀过滤器→海水池→清水泵→纤维布过滤器→第一组电渗析器→中间水池→第二组电渗析器→成品水池→脱硼装置→饮用水。
电渗析-离子交换组合工艺生产纯水用电渗析处理电镀含镍废水，从酸洗废水中回收硫酸和铁，从硫酸钠中回收硫酸和碱。3、电渗析在水处理中的应用海水淡化工艺纯水制备工艺示意图电渗析反渗透半光亮镀镍电渗析光亮镀镍电渗析回收槽回收槽离子交换洗涤槽洗涤槽电渗析回收含镍废水的工艺补充水补充水从镀镍废水中回收镍：含镍废水经电渗析处理后，浓水中镍浓度升高，可返回镀镍回用；淡水中镍浓度降低，可返回洗涤槽作为清洁水的补充水使用。以硫酸钠溶液作为电极溶液进行循环。加入硫酸钠是为了减少铅电极的腐蚀。 经过电渗析处理后浓缩液浓度可使NiSO4·7H2O达到100g/L左右，镍去除率达90%以上。 3、超滤 超滤过程的实质：是一个筛选过程，膜表面孔径的大小是主要的控制因素，溶质能否被膜孔截留，取决于溶质颗粒的大小、形状、柔韧性及操作条件，与膜的化学性质关系不大。 压力 大分子供水 水盐 超滤过程 超滤膜压力（要大于渗透压） 大分子供水 水反渗透 反渗透膜盐 超滤与反渗透区别示意图 超滤的截留机理：主要是物质在膜表面及微孔中的吸附、孔内截留（堵塞）、膜表面的机械截留（筛分）、架桥截留和膜的内部网络截留。
机械拦截 吸附拦截 架桥拦截 膜表面拦截 膜内网拦截 超滤在水处理中的应用 1、去除给水中的细菌、胶体等物质。家用膜式净水器与反渗透联合制取纯水 2、废水回收及有用物质分离：油漆、羊毛脂、染料、纸浆等 废水深度处理膜-生物反应器超滤过滤装置 超滤处理工艺流程图 纳滤膜的孔径为纳米级，介于反渗透膜（RO）与超滤膜（UF）之间，故称“纳滤”。纳滤膜表面比RO膜疏松得多，但比UF膜致密得多，因此其膜制作的关键是合理调节表层疏松程度，形成大量纳米级表面孔隙。 ----------- ---------- -------- 纳滤膜的应用领域及其技术 五、微孔过滤（自学） 从原理上讲，微孔过滤与超滤没有本质区别，微滤只能截留较大的分子。 膜分离过程。 由压力驱动的膜分离过程。 微滤 超滤 纳滤 反渗透 微粒 大分子 小分子 二价离子 单价离子 水 微滤、超滤、纳滤、反渗透对物质的截留 小结： 膜过滤的分类及基本特点 根据驱动力的不同，膜分离有以下几种类型： 浓度差： 扩散透析 电位差： 电渗析 压力差： 反渗透（RO, ）： MW100，0.2-0.3nm，2 -3 A0 纳滤（NF, ）： MW：