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《探析電去離子過程的傳質機理及其集成膜過程的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、天津大學博士學位論文電去離子過程的傳質機理及其集成膜過程的研究姓名：王建友申請學位級別：博士專業(yè)：化學工程指導教師：王世昌2001.12.1摘要l乜去離r(EDI)，義稱連續(xù)上離f(CDI)，是結合離_r交換膜與離f．交換樹脂，在直流電場的作用下實現(xiàn)去離子以及樹脂的連續(xù)再生過程的～種新分離技術。／EDI的主要特點是所使用的樹脂無須化學酸堿再生，不排放污染性廢水，過程相當于連續(xù)獲得再生的混床離子交換。EDI與反滲透(RO)、超過濾(UF)等其它膜技術組成的集成膜過程，已經成為了主流的純水技術滲透到了電
2、子、醫(yī)藥、生物、電力、石化、冶金等各工業(yè)和實驗室高技術研究領域中，并將繼續(xù)決定純水技術的未來。將各主要的單元膜分離過程高度綜合，有機集成而組成集成膜過程這一趨勢同時也正成為膜技術研究的重要發(fā)展方向。J／一勺本文工作中研制成功一種新型雙面下陷臺階式，多隔室暗道式進出口無回路隔板，有效解決了樹脂的堵塞、流失與拖團問題，防止了膜塌陷和內漏竄水，促進了水流的均勻分布。以該隔板為基礎，采用國產離子交換膜與離子交換樹脂，研制成功一種新型EDI膜堆。EDI過程中，離子的遷移受膜擴散機理控制(FDC)。以FDC為出
3、發(fā)點，深入研究了EDI的過程機理及其主要的傳質強化途徑，即選擇高交換容量、高比表面積的樹脂高密度填充，優(yōu)化淡室隔板厚度與樹脂粒徑的配比關系，以及采用高水收率在“電再生”狀態(tài)下運行等。／首次系統(tǒng)研究了EDI開機階段的非穩(wěn)態(tài)過程及穩(wěn)態(tài)下的特征曲線，總結出了過程傳質的基本特征，并提出了膜堆電壓一濃縮水電導率及膜堆電阻一膜堆電壓等新特征曲線概念，以共同作為過程運行狀態(tài)的判斷依據。對ED和EDI過程的特征曲線進行了比較，進一步說明了濃差極化與水解離的可利用性是EDl與ED過程的最本質區(qū)別。在高含鹽量條件下，E
4、DI的去離子主要通過樹脂的增強離子遷移作用來實現(xiàn)，樹脂保持為鹽型；在低含鹽量條件下，脫鹽過程相當于連續(xù)獲得再生的混床離子交換。水解離的本質原因在于離子交換的界而層中高達10sV／m的高電勢梯度。在EDI的門：機階段，陽膜和陽樹脂先f陰膜和陰樹脂發(fā)￡扛水的解離；在過程達到穩(wěn)態(tài)時，同樣的條件下，陰陽離子交換膜和樹脂都發(fā)生劇烈的水解離。首次從淡水事樹脂床層與膜面的電場分析角度出發(fā)，闡述了在淡水室中將不可能形成具有抑制水解離效應的引b位，同時苗+次以Nernst—Planck乃‘程為坫礎，建立了EDI過W的
5、f‘順，JJ／廠}微分力‘利。根{j『『：所建膏：的傳質數(shù)學橫』1；IJ山‘稃獲知在陰陽N／樹脂衷咖t』水接觸的界t自i；2-·{，發(fā)生的水解離的差異性，足杓r離f交換界面電辨梯度的囂蚌，陽這種差異又與膜。j樹脂的結構、性能以及陰陽離子在水溶液中的遷移數(shù)的葺。片有關。此外，根據有關陰膜和陰樹脂的降解對水解離的催化效應理論，首次對EDl過程中濃縮水pH值的演變規(guī)律進行了解釋。·本文以RO／EDI工藝為核心，研制成功產水量15-30L／h的電去離子高純水生產裝置，實現(xiàn)了以自來水為原水，凈化、初級脫鹽、深
6、度脫鹽一機實現(xiàn)，在酸堿零消耗的前提下連續(xù)、高效、節(jié)能、清潔的高純水生產，產品水電阻率達到15—17Mr'2．cm。研究了膜堆電壓、處理水量和原水水質等因素對EDI過程的影響。在此塊礎L，以經濟性原則為依據，首次提出了RO／EDI系統(tǒng)的放大設計原則。此外，根據Donnan膜平衡理論研究了均相離子交換膜在RO水條件卜的膜內離『-遷移數(shù)與膜的選擇透過性，對均相膜與異相膜的選擇問題提出了新的見解。利用電滲析過程對電流效率的定義研究了EDI過程的電流效率，討論了兩種過程水解離意義的差異性，在此基礎上提出了一個
7、EDI過程電流效率的新定義。對UF／EDI初級脫鹽和EDI膜軟化過程進行了實驗研究，結果表明對于電導率為580．700}．ts／cm的原水，EDI的脫鹽率可達99％；對于電導率620ps／cm的城市自來水，EDI膜軟化過程的Ca2+、Mg”離子脫除率均大于99．5％，從而展現(xiàn)了這些新過程的研究開發(fā)價值。y。研究表明，RO／EDI作為當前最先進的純水制造技術，具有產水水質高、連續(xù)運行、不消耗酸堿、不污染環(huán)境等顯著優(yōu)點，在多個工業(yè)領域具有重要的應用價值。這項技術的進一步發(fā)展，將會對當前應用廣泛的以離子交
8、換床為基礎的化學制水技術進行革命性的改造。關鍵詞：電去離于集成膜過程連續(xù)去離子高純水離子交換膜離j二交換樹脂電滲析濃差極化水解離AbstractElectrodeionizafion(EDI)，alsoknownascontinuousdeionization(CDI)，isanovelhybridseparationprocesscombiningion—exchangeresinwithion—exchangemembraneundertheaffectionof
