双极膜填充床电渗析过程传质特征的研究

论文摘要

本文对双极膜填充床电渗析过程的水解离影响因素和传质特征进行探讨研究,为离子交换树脂电再生技术以及酸碱废液的回收利用提供理论支撑。组成两隔室和三隔室不同膜排列的双极膜电渗析装置,通过试验分析,得出三隔室双极膜电渗析的最佳操作电压为60V,当盐室浓度为1.5%～2.2%时,电流效率最大,且循环两周期即可得到pH值为2.43的酸液和pH值为11.60的碱液,电流效率可达55%;与两隔室双极膜电渗析比,三隔室双极膜电渗析器电流效率较大,产酸碱较快,传质速率方面优势明显。以三隔室填充床电渗析器为研究对象,进行水解离（盐溶液）试验,结果表明,在双极膜填充床电渗析过程中,填充的离子交换树脂作为离子传导的有效途径,加快了离子迁移速度,大大促进了膜堆的水解离反应;当操作电压为50V,盐室浓度为0.21—0.27mol/L时,即可得到pH值为2.50的酸液和pH值为11.52的碱液,电流效率可达88%,在能耗方面更具有明显优势;并根据试验结果得出双极膜填充床电渗析的Ⅰ-Ⅴ,pH-Ⅰ特征曲线。利用三隔室填充床电渗析器静态再生离子交换树脂,当再生电压为60V,再生时间为60min时,该装置的再生效果接近化学再生效果显示了良好的技术可行性。最后在电渗析传质过程和双极膜离子传递过程理论基础上,得出双极膜填充床电渗析的传质基本方程,并推导出可反应碱室浓度变化趋势的简化模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及目的意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 选题背景
• 1.1.3 研究目的意义
• 1.2 EDI及双极膜技术发展概况
• 1.2.1 EDI国内外发展概况
• 1.2.2 双极膜电渗析国内外研究现状
• 1.2.3 双极膜填充床电渗析研究现状
• 1.2.4 双极膜水解离机理及其研究现状
• 1.3 双极膜电渗析器及其应用
• 1.4 研究内容及重点解决的关键技术问题
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 拟解决的关键技术问题
• 1.5 技术路线
• 本章小结
• 第2章 试验装置与方法
• 2.1 试验原理
• 2.1.1 双极膜电渗析制备酸碱原理
• 2.1.2 双极膜电渗析中的传递过程
• 2.2 试验装置
• 2.2.1 双极膜电渗析器设计原理
• 2.2.2 试验装置的设计
• 2.2.3 双极膜电渗析的组装及试验流程
• 2.3 试验方法
• 2.4 测试项目与分析方法
• 本章小结
• 第3章 双极膜电渗析组装方式的优化
• 3.1 双极膜电渗析器的组装方式及试验条件
• 3.2 三隔室双极膜电渗析器的试验研究
• 3.2.1 操作电压对水解离性能的影响
• 3.2.2 盐室浓度对水解离性能的影响
• 3.2.3 流量对水解离性能的影响
• 3.2.4 酸碱浓度与循环时间的关系
• 3.3 两隔室双极膜电渗析器的试验研究
• 3.3.1 两隔室双极膜电渗析器产酸的研究
• 3.3.2 两隔室双极膜电渗析器回收废酸的研究
• 3.4 双极膜电渗析器装置的优化
• 3.4.1 运行过程中耗电量的比较
• 3.4.2 相同时间产酸量的比较
• 本章小结
• 第4章 双极膜填充床的水解离特征研究
• 4.1 双极膜填充床电渗析器的组装
• 4.1.1 新树脂的处理
• 4.1.2 填充床电渗析的组装
• 4.2 试验结果及分析
• 4.2.1 填充床电渗析装置的电流一电压曲线分析
• 4.2.2 操作电压对水解离的影响
• 4.2.3 盐室浓度对水解离的影响
• 4.2.4 极水对填充床电渗析过程性能的影响
• 4.3 填充床电渗析制备酸碱过程的研究
• 4.3.1 离子浓度与循环时间的关系
• 4.3.2 电流效率与循环时间的关系
• 4.3.3 耗电量与循环时间的关系
• 4.3.4 电渗析器填充树脂前后制备酸碱的比较
• 4.4 双极膜填充床内树脂的水解离和电再生
• 4.4.1 双极膜填充床内树脂的水解离
• 4.4.2 双极膜填充床内树脂的电再生
• 本章小结
• 第5章 双极膜填充床电渗析过程的传质数学模型
• 5.1 双极膜填充床电渗析过程的传质特征
• 5.1.1 电渗析基本传质方程
• 5.1.2 离子在双极膜内的传质方程
• 5.1.3 双极膜填充床电渗析传质过程
• 5.2 可确定传质变化趋势的简化模型
• 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在学期间参加科研项目
• 在学期间发表的学术论文