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《探析電去離子過(guò)程的傳質(zhì)機(jī)理及其集成膜過(guò)程的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文電去離子過(guò)程的傳質(zhì)機(jī)理及其集成膜過(guò)程的研究姓名：王建友申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程指導(dǎo)教師：王世昌2001.12.1摘要l乜去離r(EDI)，義稱(chēng)連續(xù)上離f(CDI)，是結(jié)合離_r交換膜與離f．交換樹(shù)脂，在直流電場(chǎng)的作用下實(shí)現(xiàn)去離子以及樹(shù)脂的連續(xù)再生過(guò)程的～種新分離技術(shù)。／EDI的主要特點(diǎn)是所使用的樹(shù)脂無(wú)須化學(xué)酸堿再生，不排放污染性廢水，過(guò)程相當(dāng)于連續(xù)獲得再生的混床離子交換。EDI與反滲透(RO)、超過(guò)濾(UF)等其它膜技術(shù)組成的集成膜過(guò)程，已經(jīng)成為了主流的純水技術(shù)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(shí)驗(yàn)室高技術(shù)研究領(lǐng)域中，并將繼續(xù)決定純水技術(shù)的未來(lái)。將各主要的單元膜分離過(guò)程高度綜合，有機(jī)集成而組成集成膜過(guò)程這一趨勢(shì)同時(shí)也正成為膜技術(shù)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(tái)階式，多隔室暗道式進(jìn)出口無(wú)回路隔板，有效解決了樹(shù)脂的堵塞、流失與拖團(tuán)問(wèn)題，防止了膜塌陷和內(nèi)漏竄水，促進(jìn)了水流的均勻分布。以該隔板為基礎(chǔ)，采用國(guó)產(chǎn)離子交換膜與離子交換樹(shù)脂，研制成功一種新型EDI膜堆。EDI過(guò)程中，離子的遷移受膜擴(kuò)散機(jī)理控制(FDC)。以FDC為出
3、發(fā)點(diǎn)，深入研究了EDI的過(guò)程機(jī)理及其主要的傳質(zhì)強(qiáng)化途徑，即選擇高交換容量、高比表面積的樹(shù)脂高密度填充，優(yōu)化淡室隔板厚度與樹(shù)脂粒徑的配比關(guān)系，以及采用高水收率在“電再生”狀態(tài)下運(yùn)行等。／首次系統(tǒng)研究了EDI開(kāi)機(jī)階段的非穩(wěn)態(tài)過(guò)程及穩(wěn)態(tài)下的特征曲線，總結(jié)出了過(guò)程傳質(zhì)的基本特征，并提出了膜堆電壓一濃縮水電導(dǎo)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(guò)程運(yùn)行狀態(tài)的判斷依據(jù)。對(duì)ED和EDI過(guò)程的特征曲線進(jìn)行了比較，進(jìn)一步說(shuō)明了濃差極化與水解離的可利用性是EDl與ED過(guò)程的最本質(zhì)區(qū)別。在高含鹽量條件下，E
4、DI的去離子主要通過(guò)樹(shù)脂的增強(qiáng)離子遷移作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，樹(shù)脂保持為鹽型；在低含鹽量條件下，脫鹽過(guò)程相當(dāng)于連續(xù)獲得再生的混床離子交換。水解離的本質(zhì)原因在于離子交換的界而層中高達(dá)10sV／m的高電勢(shì)梯度。在EDI的門(mén)：機(jī)階段，陽(yáng)膜和陽(yáng)樹(shù)脂先f(wàn)陰膜和陰樹(shù)脂發(fā)￡扛水的解離；在過(guò)程達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，同樣的條件下，陰陽(yáng)離子交換膜和樹(shù)脂都發(fā)生劇烈的水解離。首次從淡水事樹(shù)脂床層與膜面的電場(chǎng)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(yīng)的引b位，同時(shí)苗+次以Nernst—Planck乃‘程為坫礎(chǔ)，建立了EDI過(guò)W的
5、f‘順，JJ／廠}微分力‘利。根{j『『：所建膏：的傳質(zhì)數(shù)學(xué)橫』1；IJ山‘稃獲知在陰陽(yáng)N／樹(shù)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(yáng)這種差異又與膜。j樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)、性能以及陰陽(yáng)離子在水溶液中的遷移數(shù)的葺。片有關(guān)。此外，根據(jù)有關(guān)陰膜和陰樹(shù)脂的降解對(duì)水解離的催化效應(yīng)理論，首次對(duì)EDl過(guò)程中濃縮水pH值的演變規(guī)律進(jìn)行了解釋。·本文以RO／EDI工藝為核心，研制成功產(chǎn)水量15-30L／h的電去離子高純水生產(chǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)了以自來(lái)水為原水，凈化、初級(jí)脫鹽、深
6、度脫鹽一機(jī)實(shí)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(chǎn)，產(chǎn)品水電阻率達(dá)到15—17Mr'2．cm。研究了膜堆電壓、處理水量和原水水質(zhì)等因素對(duì)EDI過(guò)程的影響。在此塊礎(chǔ)L，以經(jīng)濟(jì)性原則為依據(jù)，首次提出了RO／EDI系統(tǒng)的放大設(shè)計(jì)原則。此外，根據(jù)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(nèi)離『-遷移數(shù)與膜的選擇透過(guò)性，對(duì)均相膜與異相膜的選擇問(wèn)題提出了新的見(jiàn)解。利用電滲析過(guò)程對(duì)電流效率的定義研究了EDI過(guò)程的電流效率，討論了兩種過(guò)程水解離意義的差異性，在此基礎(chǔ)上提出了一個(gè)
7、EDI過(guò)程電流效率的新定義。對(duì)UF／EDI初級(jí)脫鹽和EDI膜軟化過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明對(duì)于電導(dǎo)率為580．700}．ts／cm的原水，EDI的脫鹽率可達(dá)99％；對(duì)于電導(dǎo)率620ps／cm的城市自來(lái)水，EDI膜軟化過(guò)程的Ca2+、Mg”離子脫除率均大于99．5％，從而展現(xiàn)了這些新過(guò)程的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值。y。研究表明，RO／EDI作為當(dāng)前最先進(jìn)的純水制造技術(shù)，具有產(chǎn)水水質(zhì)高、連續(xù)運(yùn)行、不消耗酸堿、不污染環(huán)境等顯著優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將會(huì)對(duì)當(dāng)前應(yīng)用廣泛的以離子交
8、換床為基礎(chǔ)的化學(xué)制水技術(shù)進(jìn)行革命性的改造。關(guān)鍵詞：電去離于集成膜過(guò)程連續(xù)去離子高純水離子交換膜離j二交換樹(shù)脂電滲析濃差極化水解離AbstractElectrodeionizafion(EDI)，alsoknownascontinuousdeionization(CDI)，isanovelhybridseparationprocesscombiningion—exchangeresinwithion—exchangemembraneundertheaffectionof
