选择性电渗析盐分离和资源化的研究进展

概括了目前选择性电渗析中阴离子交换膜提高盐分离效果的主要方式,同时就目前选择性电渗析技术的局限性进行了总结,并对离子交换膜、电极的开发和工艺优化进行了展望。

单价选择性电渗析回收铅酸蓄电池拆解废酸试验

研究针对北方某铅酸蓄电池回收厂拆解废铅酸蓄电池车间的拆解废酸进行单价选择性电渗析回收试验,并考察了操作电流密度、电压及流量对单价选择性电渗析工艺的影响,以期为铅酸蓄电池回收工业清洁生产提供技术支撑。在电压为5 V,电流密度为20 mA/cm^(2),进水流量为150 L/h,电渗析装置运行时间为48 min的条件下,回收室中H^(+)透过率可达到80%,单价选择性电渗析对H^(+)有较高透过率。同时,单价选择性电渗析对金属离子保持较低的泄漏率,Pb^(2+)泄漏率为0.6%,Zn^(2+)泄漏率为2.8%,Cd^(2+)泄漏率为1.8%。研究实现了对废铅酸蓄电池拆解废酸中H+与重金属离子的选择性分离的目标。

选择性电渗析镁锂分离过程模拟优化

选择性电渗析(selective electrodialysis,S-ED)技术是目前实现高镁锂比卤水锂资源提取的有效手段。通过建立一种二维传质稳态模型,以离子通量分布为研究对象,探究体系离子强度、外加电压和通道流速对镁锂分离的影响。结果表明:体系离子强度和通道流速的增大与外加电压的减小均对镁锂分离具有促进作用。在体系离子强度为1378 mol/m^(3),外加电压值为0.8 V,通道流速为5.7 cm/s的条件下,锂镁分离系数为2.31。研究结果可为推广S-ED过程数值模拟提供理论指导和数据参考。

离子选择性电渗析处理海水淡化浓海水

采用1价选择性离子交换膜建立离子选择性电渗析(ISED),浓缩模拟浓海水。调节ISED电流密度、进料液温度、电极液含量来考察浓缩过程的能耗、电流效率以及所用1价阴阳离子交换膜分离1价、2价离子的分离性能。结果表明,在Cl-、SO42-体系中,1价阴离子交换膜(AMS)对Cl-具有较好选择透过性,而1价阳离子交换膜(CMS)对Na+、Ca2+和Mg2+体系中的Na+的选择性则有显著不足;CMS分离Na+、Mg2+的性能优于其分离Na+、Ca2+的性能;过程能耗随ISED膜堆工作电流密度的增大而增加。以质量分数2%的Na2SO4为电解液时,电流密度为16 m A/cm2、料液温度为22℃的条件下,ISED过程有较低的能耗和较高的1价、2价离子分离性能;在剩余原料液TDS的质量浓度高于20 g/L、电流密度低于35 m A/cm2的条件下,1价离子的浓缩过程可在较低的能耗水平下继续进行。

选择性电渗析提锂技术的研究进展

伴随电动汽车等新兴行业的快速发展,市场对锂及其化合物的需求高速增长。开展高储量、低品位的盐湖卤水、(浓)海水及油气资源生产水中溶存锂资源的高效提取具有重要意义。不少地区的溶存锂资源中镁锂比高,分离难度大,目前尚未实现充分开发利用。基于单价选择性离子交换膜的单价离子选择性电迁移特性,选择性电渗析(Selective Electrodialysis,S-ED)逐步应用于高镁锂比水体中镁锂间的预分离与锂的初步纯化。S-ED在保证较高锂回收率的条件下可获得低镁锂比的锂富集液,展现出较高的研究价值与应用前景。本文综述了S-ED用于盐湖卤水和(浓)海水中锂资源提取的研究现状,重点总结了主要操作参数和共存离子对S-ED提锂性能的影响规律,对目前高镁锂比水体选择性电渗析提锂技术存在的不足进行了总结,并对其未来发展趋势进行了展望。

燃煤电厂脱硫废水选择性电渗析浓缩处理中试研究

开发了选择性电渗析中试系统,浓缩处理某燃煤电厂湿法脱硫系统排污废水。研究了电流密度、进水水质和浓淡水产水量对脱硫废水浓缩效果的影响,考察了系统连续运行期间的稳定性和经济性。结果表明,选择性电渗析系统能够高效处理并资源化回用不同水质的脱硫废水,使Cl^(-)等污染物在浓水富集,且不会使SO_(4)^(2-)发生大量迁移,连续运行6个月以来膜堆未发生结垢或污堵。高电流密度条件下减小淡水产水水量能够有效提高淡水产水水质,浓水产水量的控制需综合考虑浓缩效果、离子迁移效率和结垢情况。连续运行期间,淡水产水回收率达到70%~80%,吨水平均处理电耗为11.0 kWh,吨水平均处理成本为4.4元,有效降低了燃煤电厂废水“零排放”工艺运行成本。

扩散渗析-纳滤分离工艺资源化钢铁酸性脱硫废水的研究

酸性脱硫废水因其酸度高、成分复杂而难以处理,通常采用加碱中和后按高盐废水进行处理,存在处理成本高和二次污染等问题。为实现酸性脱硫废水的资源化利用,减少污染物排放,采用扩散渗析去除废水中重金属并回收酸(盐酸与硫酸组合成的混合酸),之后对比采用单价选择性电渗析、耐酸纳滤分离盐酸与硫酸的效果,并通过试验确定最佳工艺及参数。结果表明,在扩散渗析膜面流速为2.86×10^(-6)cm/s时效果最好,酸回收率可达87.5%,金属离子去除率在93%以上;耐酸纳滤在压力为7.5 MPa时,单价选择性系数P_(SO_(4)^(2-))^(Cl-)最大,为210.38,远高于单价选择性电渗析;“扩散渗析+耐酸纳滤”联合处理酸性脱硫废水可以得到质量分数3.34%的盐酸,纯度为99.65%;处理水量30 m^(3)/d,项目总投资396.51万元,运行成本127.03万元/a,相比传统处理工艺,每年可节省费用105.87万元,投资回收期约为3.8 a,具有良好的环境和经济效益。

目标选择性填充床电渗析研究进展

目标选择性填充床电渗析(Ion exchange selective electrodialysis,ISED)是一种利用离子交换树脂填充提高电渗析在特定条件下离子分离效率的水处理技术。其具有相对较高的能源效率以及无需树脂酸碱再生的优势,现已在超纯水制备以及电力、制药、汽车等行业的特定废水处理方面得到应用。在对离子交换电渗析(Ion exchange electrodialysis,IXED)与ISED两种工艺进行区分的同时,全面总结并讨论了目标离子在IXED与ISED两种工艺离子运动与分离过程所涉及的理论、机制与模型。在此基础上对IXED与ISED两种工艺结构与技术发展现状进行归纳,讨论并分析了ISED技术在地下水、工业废水中离子分离与回收等方向的研究进展。最后,从ISED的树脂、膜材料、运行方式3个方向对ISED技术选择性分盐未来的发展方向进行展望。

二次界面聚合法制备具有高锂镁分离性能的电纳滤膜

通过调控界面聚合水相单体并利用二次界面聚合(SIP)构建荷正电表面,制备了高选择性电渗析分离锂镁的电纳滤膜(ENFMs).采用不同水相单体与均苯三甲酰氯进行单次界面聚合(IP),实现了对分离膜孔径及荷电性能的调控,其中以哌嗪为水相单体时膜的Li^(+)/Mg^(2+)分离性能最优(P_(Mg^(3+)^(Li^(-)))=4.75).随后,利用SIP过程在其表面聚合不同浓度的荷正电水相单体聚乙烯亚胺(PEI,M_(W)=70000),使膜表面由荷负电转为荷正电.随着PEI浓度的增加,膜表面正电荷密度显著增加,PEI质量分数为2.0%时,最优膜的Li^(+)通量为3.26×10^(-8)mol·cm^(-2)·s^(-1),选择性高达15.90,打破了传统的“Trade-off”效应,为后续盐湖卤水中Li^(+)/Mg^(2+)分离的研究和应用奠定了基础.

压力驱动及电驱动膜法水软化技术研究现状与展望

水的软化处理是将硬水中的Ca、Mg等可溶性盐除去的过程,是脱盐及盐资源化工序的工程化运行和饮用水安全保障过程中至关重要的一环。本文介绍了以分盐型纳滤为代表的压力驱动膜过程和以选择性电渗析为代表的电驱动膜过程在水软化中的基本原理,综述了相关工艺应用于水软化过程的技术研究进展,详细分析了多种膜法水软化系统的技术特点和优劣势,对分盐型纳滤与选择性电渗析进行了对比,并对未来膜法水软化技术的可能研究方向进行了展望。

Slip-enhanced Reverse Electrodialytic Power Generation in Ion-selective Nanochannels

Power generation by reverse electrodialysis in ion-selective nanochannels is numerically investigated. Especially,in the present study, the influence of hydrodynamic slip at the surface of nanochannels is investigated. The current-potential characteristics of the nanochannels are calculated by solving several governing equations:Nernst-Planck equation for the ionic concentrations, the Poisson equation for the electric potential, and the Navier-Stokes equation for the diffusioosmotic flow. Hydrodynamic slip is applied as the boundary condition at the surface of nanochannels. As the slip length increases, the diffusioosmotic flow velocity and electrical conductance of ions increase because the friction at the surface of nanochannels decreases. It is shown that the power generation is enhanced by 44% with a moderate 100nm slip length by using a nanochannel with 10nm height.