双极膜电渗析清洁生产有机酸的研究

论文摘要

本文主要分为两个部分，其一，通过实验设计采用三种不同价态的有机酸根离子作为研究对象，考察各影响因素对有机酸根离子通过阴离子交换膜传质的影响，初步探讨了不同价态酸根离子通过阴离子膜的离子竞争规律；其二，基于前面的实验规律将二隔室双极膜电渗析法应用于草酸钠悬浮液萃取废液中甲酸的回收，研究不同条件下甲酸根离子和碳酸根离子在透过阴离子膜的竞争性，从而获得回收甲酸的最佳工艺条件。得出以下结论：采用双极膜电渗析生产乙酸、草酸、柠檬酸时，膜堆的电压大小同有机酸根离子极限当量电导相关，极限当量电导值越大，电压越小。产物酸的浓度随盐的初始浓度、电流密度的增加而增加。实验测定出TC2O42-CH3COO=1．826、TC6H5O73-CH3COO-=2．481、TCH3COO-OH-=9．416，说明阴离子膜对酸根离子的选择渗透性大小排列为：OH->CH3COO->C2O42->C6H5O73-，选择渗透性越强，离子的迁移量就越大，产物的浓度也就越大。对于BP-A构型，电流密度越小，盐浓度越高时，电流效率越大，能耗越低，且电流效率最大值能达到75％；乙酸、草酸、柠檬酸的能耗分别是3．8～1 5．7、7．3～21．1、8．1～22．7 kWh kg-1。不同构型下电流效率最大为95％，能耗顺序为EBP-A>EBP-A-C>EBP-C，且E乙酸>E草酸>E柠檬酸。最优构型为BP-C构型。通过二隔室双极膜电渗析法验证了草酸废液中同时回收甲酸和碳酸是可行性的。结果显示出甲酸和碳酸的电流效率分别达到72％和2 1％，而能耗分别为4．3-16．6 kWh kg-1和20．1-96．3 kWh kg-1。当甲酸钠和碳酸钠的摩尔比在0．5-2的范围内时，甲酸根离子是通过阴离子膜的主要迁移离子，产物中甲酸能达到碳酸的12倍，这主要归咎于阴离子膜对甲酸根离子具有较强的亲和力。当考虑甲酸根和碳酸根竞争时，容易忽略OH-对它们的竞争作用，特别是在高电流密度和长时间运行下，OH-的强竞争性能够导致电流效率的下降和能耗的增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 双极膜概述
• 1.1.1 双极膜的结构
• 1.1.2 双极膜的水解离
• 1.1.3 双极膜的制备
• 1.1.4 双极膜电渗析的应用
• 1.2 论文研究思想和主要工作
• 1.2.1 传统的有机酸生产工艺
• 1.2.2 双极膜电渗析法生成有机酸
• 1.2.3 论文的目的和意义
• 第二章 双极膜电渗析清洁生产有机酸的研究
• 2.1 概述
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 膜材料及试剂
• 2.2.2 实验装置与仪器
• 2.2.3 实验设计
• 2.2.4 实验原理
• 2.2.5 指示剂的确定
• 2.2.6 阴离子膜的选择渗透性的确定
• 2.2.7 实验操作步骤
• 2.3 BP-A构型中实验结果与讨论
• 2.3.1 电压-时间曲线
• 2.3.2 浓度-时间曲线
• 2.3.3 电流效率
• 2.3.4 能耗
• 2.4 不同构型中实验结果与讨论
• 2.4.1 电压-时间曲线
• 2.4.2 浓度-时间曲线
• 2.4.3 电流效率
• 2.4.4 能耗
• 2.4.5 小结
• 第三章 双极膜电渗析法回收草酸萃取废液中的甲酸
• 3.1 概述
• 3.1.1 草酸制备工艺
• 3.1.2 双极膜电渗析法处理草酸废液
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验原理与装置
• 3.2.3 酸的浓度的确定
• -和CO₃^2-的离子选择渗透性的确定'>3.2.4 阴离子交换膜对HCOO^-和CO₃^2-的离子选择渗透性的确定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 电压-时间曲线
• 3.3.2 浓度-时间曲线
• 3.3.3 电流效率
• 3.3.4 能耗
• 3.4 小结
• 第四章 结论与展望
• 参考文献