无电压作用离子交换膜分离去除水中锰离子的研究

研究了离子交换膜在无外加电压的条件下分离去除原水中锰离子的技术,探讨了锰离子浓度、补偿离子钾离子摩尔浓度、水力搅拌速度、温度和水力停留时间(HRT)等对去除效果的影响.实验结果表明,当原水中二价锰离子初始摩尔浓度为0.072 7 mmol/L(即4 mg/L)左右时,在下述的实验条件下:水温为(25±1)℃,水力停留时间HRT为6 h,水力搅拌速度为(600±25)r/min,补偿离子钾离子的摩尔浓度是原水中锰离子摩尔浓度的20倍,锰离子去除率达到80%.此外,在实验装置不改变的条件下,进水锰离子摩尔浓度增加到0.727 mmol/L(即40 mg/L)左右时,去除率会降低到66%;补偿钾离子摩尔浓度与进水锰离子摩尔浓度的比值大于20后,再增加其比值,对去除率影响不大;降低搅拌速度到(300±25)r/min,去除率降低到51%;降低水温到(16±1)℃,去除率降低到60%;水力停留时间(HRT)大于6 h后,再增加水力停留时间到12 h,去除率无明显改变.

颗粒物对无电压作用下离子交换膜分离去除铜离子的影响

在无外加电压条件下研究了颗粒物对阳离子交换膜分离去除铜离子效果的影响。选用硅酸、二氧化硅、氧化铝和水杨酸等4种物质作为颗粒物分别进行实验,其添加量均为50 mg/L。Cu2+及其补偿离子K+的浓度分别为0.0787mmol/L(5 mg/L)和0.787 mmol/L,水温为25±1℃,搅拌强度为600 r/min,水力停留时间为12 h。在所述实验条件下运行96 h后,水中无颗粒物干扰时,铜离子去除率为84%;水中存在带负电荷颗粒物(硅酸)和不带电荷颗粒物(二氧化硅和氧化铝)时,铜离子去除率略为下降至81%;而当水中存在带正电荷颗粒物(水杨酸)时,铜离子的去除率进一步下降为79%。研究结果表明带正电荷颗粒物对铜离子的交换去除影响较带负电荷或不带电荷颗粒物大,因为带正电荷颗粒物更易迁移至阳离子交换膜表面甚至进入膜内,并与膜表或膜内离子交换基团结合,从而导致铜离子交换去除明显下降。

阴离子交换膜无电压下分离水中磷酸盐的研究

基于Donnan分离原理,采用阴离子交换膜无电压下分离去除水中磷酸盐.结果表明:当原水磷酸盐初始质量浓度为2.0mg/L(0.064 5mmol/L),受体液NaCl浓度为0.1mol/L,给体液流量为5.0mL/min时,磷酸盐的去除率为70.0%.降低给体液初始pH值至3.0,给体液磷酸盐出水浓度远高于给体液初始pH值为5.0～9.0的浓度,去除率仅为43.5%.在所试共存离子(Cl-,HCO3-和SO24-)浓度范围内,其对磷酸盐的分离去除效果影响不大.采用Na2SO4作为受体液时,磷酸盐的去除效果大大降低.降低受体液NaCl浓度,对磷酸盐的分离去除效果影响不大,但受体液中磷酸盐的浓度明显降低.给体液流量由2.5mL/min增加至10.0mL/min,磷酸盐的去除率由84.3%下降至61.1%.

离子交换膜化学反应器去除饮用水中Cr(Ⅵ)的研究

构建离子交换膜化学反应器,研究其在无外加电压作用下去除饮用水中Cr(Ⅵ)的效果。结果表明,当原水Cr(Ⅵ)初始浓度为0.019 2mmol/L,补偿溶液NaCl浓度为100mmol/L,流量为2.5mL/min时,给体池Cr(Ⅵ)分离去除率为86.2%。随着给体池共存离子浓度的增加,其对Cr(Ⅵ)交换竞争作用加强,给体池Cr(Ⅵ)分离去除率逐渐降低;在相同共存离子浓度条件下,3种共存离子对Cr(Ⅵ)分离效果的影响程度依次为SO24-、NO3-、Cl-。补偿溶液NaCl浓度由1mmol/L增加至100mmol/L时,Cr(Ⅵ)分离去除率基本不变,但是Don-nan分离12 h后化学反应池Cr(Ⅵ)浓度由0.001 5 mmol/L增加至0.016 0 mmol/L。Cr2O27-离子交换过程可用一级反应动力学方程描述,离子交换反应速率常数为0.014 2 min-1。加入10 mmol/L共存离子Cl-、NO3-和SO24-后,离子交换反应速率常数分别降低至0.013 5min-1、0.010 5 min-1和0.008 9 min-1。Cr(Ⅵ)在化学反应池中浓缩富集,离子交换26 h后化学反应池Cr(Ⅵ)浓度为0.069 8 mmol/L,可通过投加硫酸亚铁还原剂和碱液将其去除。

基于Donnan分离的磷酸盐离子迁移与膜内分布

基于Donnan分离原理,研究磷酸盐离子在无电压条件下通过阴离子交换膜的迁移过程以及膜内磷酸盐的分布。结果表明,阴离子交换膜采用NaCl溶液浸泡预处理后,促进磷酸盐离子的第1步迁移过程,磷酸盐离子的迁移去除效果提高5%。受体液NaCl浓度是阴离子交换膜内磷酸盐含量的控制因素,其浓度从0.001 mol/L增加至0.1 mol/L时,膜内磷酸盐含量由0.077 mg/cm2降至0.002 mg/cm2。受体液NaCl浓度较高时,有利于促进磷酸盐离子的第3步迁移过程,且2层膜内磷酸盐含量的分布由给体液至受体液呈递减趋势。温度升高,低浓度受体液条件下膜内磷酸盐的含量增加,对高浓度受体液条件下膜内磷酸盐的含量几乎无影响。