双极膜制酸碱的实验

©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第23卷第6期1998年4月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.23No.6Dec.,1998①双极膜制酸碱的实验廖尚志莫剑雄(国家海洋局杭州水处理技术开发中心,杭州310012)摘要本文报导了自制双极膜的工作性能,利用双极膜水解离效应将盐转化成相应的酸和碱,对此工艺及操作方式进行了探索,研究了各种工艺参数如电流密度、膜电压降、电流效率之间的关系。关键词:双极膜,电流密度,膜电压降,电流效率应用双极膜水解离技术能方便经济地将水解离成H+和OH-,使盐类转化成相应的酸和碱,并为物质回收和再利用提供了一种新的途径,目前成为电渗析技术发展和应用的新热点,并已在一定范围内开始了商业应用[1-4]。本文报导了双极膜测得的工作性能和应用此膜制备酸、碱的实验结果。1实验本实验采用间歇式循环操作,工艺流程如图1所示。1.1膜材料双极膜自制阳膜:YU22均相阳膜(北京顺义水处理设备厂),聚偏氟乙烯均相阳膜(上海原子核研究所)。阴膜:3362异相阴膜(上海化工厂),聚偏氟乙烯均相阴膜(上海原子核研究所)1.2电渗析器本实验采用六隔室电渗析器,隔室为有机玻璃制作,间距为5cm,膜尺寸:3cm×9cm,中间两隔室分别接上一对铂丝,用于测定双极膜两侧的电压降,两探针间距3cm。0210A直流稳流器(北京电表厂)作电渗析器电源。直流电流表测电流,DT2830数字电压表测电渗析器总工作电压和双极膜两边探针的电压,六个隔室的液体分别用蠕动泵循环。1.3实验步骤实验开始时各贮液槽加入一定体积和浓度的Na2SO4溶液,开动蠕动泵,待料液注满隔室,排出空气,两极室的流量控制在30mL�min,酸、碱、盐室流量15mL�min,工作时进料液温度在30℃235℃。然后启动电源通电,每隔一定时间从酸槽与碱槽中取出少量溶液分析。化学分析是用已标定浓度的酸、碱中和法测定样品中的酸、碱浓度,同时用量筒量出贮槽和隔室中总的液体体积。①收稿日期:1996-11-25浙江省自然科学基金资助项目©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net图1双极膜水解离器流程示意图1.阳极液贮槽2.阴极液贮槽3.盐槽4.碱槽5.酸槽A.阴膜C.阳膜P.蠕动泵A2C.双极膜2结果与讨论2.1双极膜的工作电压图2双极膜的V-I图图3改变通电时间和进料浓度后的V-I图曲线1、2、3为不同膜测得的结果1.新膜,0.5NNa2SO4;2.通电1.5小时后0.7NNa2SO4;3.通电8小时后1.5NNa2SO4双极膜的工作电压是表征性能的关键指标之一,图2是制得的几张膜的V-I曲线,V是从双级膜两边的铂探针测得的电压值,如曲线I在167mA�cm2时的V为1.32V,在100mA�cm2时,V是1.15V,接近0.83V的理论值。97第24卷第2期廖尚志等,双极膜制酸碱的实验©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net图3是通电不同时间后,进料液分别换以不同浓度Na2SO4后测得的V-I曲线,进料液温度(25±2)℃。一张新制的双极膜,通电后一般要经过3-5h活化期后,性能才能达到稳定,具体原因尚不清楚,推测可能是双极膜中间界面的活化层要有一定的活化整理过程,见图4。图4新膜的活化过程图5双极膜稳定性实验图6水解离时的传质过程为了观察自制双极膜的稳定性,每天通电几小时,进行累计通电时间的实验、结果见图5,每次通电刚开始时,电压较高,随着时间推移,双极膜两侧电压很快降低,一般123min后达到稳定,即每次双极膜工作开始时有个再活化过程,在实验过程中由于电流波动或界面水解的不稳定,膜两侧的电压略有变化,电压在±0.1V之间波动,目前此膜已稳定工作40多小时。2.2电流效率实验隔室中生成酸、碱的电流效率,除了双极膜本身的水解离效率和双极膜的扩散迁移影响外,还受酸室与碱室另一侧膜的选择透过性和扩散迁移所控制,见图6。1区表示双极膜生成酸碱的过程,2区是因双极膜选择透过性不完美导致的效率损失,3区是单张膜因选择透过性不完美造成的损失,4区是酸碱分子通过膜迁移造成的损失。所以酸室与碱室一侧膜性能对产物生成效率也有很大的影响:Γ=实际产品当量理论产品当量=N1nl·t�F=N1FI·t·nI电流;t时间;n膜对数(本实验n=1)