电渗析脱盐的理论基础

多层电渗析脱盐原理

电渗析器主要基于含盐水在阴、阳离子交换膜和隔板组成的电渗析槽中流过时,在直电场的作用下,发生离子迁移,阴、阳离子分别通过阴、阳离子交换膜,从而达到除盐的目的。

隔板与阴、阳离子交换膜交错排列构成多层电渗析槽。离子交换膜具有离子选择适过的目的。性,起离子筛作用,阳离子交换膜只能让阳离子穿过,阴离子交换膜只能让阴离子通过。离子交换膜之所以具有选择透过性,是由于在膜上的离子交换树脂分子键间有足够大的孔隙可以容纳离子进岀和通过。目前所釆用的阳膜为聚苯乙烯磺酸型离子交换膜,膜为聚苯乙烯季铵型离子交换膜。

阳膜带有负电荷的磺酸根,孔隙中构成负电场,这电场可以允许带正电荷的离子(如Na+)进入和穿过,而由于同性相斥的原理,则带有负电荷的离子(如C1-)不能通过。阴膜带有正电荷的季铵基,在孔隙中构成正电场,排斥带有正电荷的离子(如Na+),而允许带有负电荷的离子(如C1)通过。

这样由具有选择性的离子交换膜及隔板交错排列构成如图8-1所示的多层式电渗析在电场作用下,阳离子向阴极运动,阴离子向阳极运动,如果一个隔室阳极的一侧为阳膜,阴极的一侧为阴膜,则阴、阳离子受离子交换膜同电性基团的排斥,不能穿过交换膜,反,邻近层的离子却能进入。这样,电渗析器的一半隔室变成脱盐水,另一半隔室则变成扩缩水,通过隔板边缘特设的孔道分别汇集起来形成浓、淡水系统,至此达到脱盐目的。

在电极上放电产生气体,阳极产生O2、Cl2,阴极产生H2。反应式如下。

在阴极,由于水电解的H+消失,故水呈碱性。

此外应该在极水室通水以便起到排气和导电作用,还可以用极水将沉淀物排走。

图8-1所示电极室的保护膜,是为了防止阳极产生的O2、Cl2对离子交换膜的氧化和极室膜破时极水流进脱盐隔室。对于含盐量不高的原水,可以不采用极水双冲洗间隔和极室保护膜,而在靠近电极的第一张膜用阳膜,因为阳膜抗氧化性比阴膜强。

阳膜和阴膜淡水隔板和浓水隔板交错排列构成电渗析器的膜组。在其两侧对称地安装电极和极框(极水流动槽),由铁架子紧固后构成电渗析器本体。当水中有HCO3、Ca2+、Mg2+时,在电极上和浓缩室的阴膜上也往往会形成沉淀,原因是阴极水电解成OH与水中的HCO3和Mg2+、Ca2+起作用,形成CaCO3和Mg(OH)2沉淀。阴膜产生沉淀是由于操作电流过大产生极化,超过脱盐室中含盐量所能允许的电流最大值时,水就电解产生OH进行如上的反应因而产生沉淀。产生沉淀后,因增大电阻从而使水质下降,或产水量降低。为维持必要的产水量和水质,极室应定期酸洗。

防止阴膜生垢的积极措施,是控制操作电流不超过(在一定流速、一定浓度下)所能允许的最大值,这要通过调整试验确定。

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