分离膜水处理工艺及其系统设计(二)
2.5离子交换膜技术
一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性,所以也称为离子选择透过性膜。
离子交换膜可制成均相膜和非均相膜两类。采用高分子的加工成型方法制造。①均相膜。先用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等制成膜,然后引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等,在膜内聚合成高分子,再通过化学反应引入所需功能基。也可通过甲醛、苯酚等单体聚合制得。②非均相膜。用粒度为200~400目的离子交换树脂和普通成膜性高分子材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等充分混合后加工成膜制得。为免失水干燥而变脆破裂,须保存在水中。
普通离子交换膜一般是均相膜,利用其对一价离子的选择性渗透进行海水浓缩脱盐;双极离子交换膜由阳离子交换层和阴离子交换层复合组成,主要用于酸或碱的制备;镶嵌膜由排列整齐的阴、阳离子微区组成,主要用于高压渗析进行盐的浓缩、有机物质的分离等。
图2.3离子及交换膜工作示意图
离子交换膜最典型的应用就是电渗析。在盐的水溶液(如氯化钠溶液)中置入阴、阳两个电极,并施加电场,则溶液中的阳离子将移向阴极,阴离子则移向阳极,这一过程称为电泳。如果在阴、阳两电极之间插入一张离子交换膜(阳离子交换膜或阴离子交换膜),则阳离子或阴离子会选择性地通过膜,这一过程就称为电渗析。
图2.4电渗析工作原理示意图
电渗析的核心是离子交换膜。在直流电场的作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,实现溶液的淡化、浓缩及钝化;也可通过电渗析实现盐的电解,制备氯气和氢氧化钠等。
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