当前课程知识点:水处理工程-物化技术 > 第7章 膜分离 > 第2节 电渗析原理与过程 > 第2节 电渗析原理与过程
同学们好!在这一讲我们介绍电渗析的原理与分离特性
大家先来看看电渗析的原理图
直流电场通过阳极、阴极施加在装置两侧
在阴、阳极之间,阴、阳离子交换膜交替排列
两种膜之间用特制的隔板隔开,隔板内有水流的通道
如果我们在阴膜和阳膜之间通入含盐水
在电场作用下水中的阴、阳离子就会发生移动
阳离子向着阴极方向、阴离子向着阳极方向移动
但由于阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过
这样就会使一部分隔室中的离子浓度减少
这些隔室称为淡室,其出水为淡水
而一部分隔室中的离子浓度增加,称之为浓室,其出水为浓水
这就是电渗析的基本原理
电渗析就是在直流电场作用下
利用阴、阳离子交换膜对溶液中的阴、阳离子的选择透过性
分离溶质和水的过程
在电渗析过程中,除了含盐水的淡化过程,在电极室还会发生电极反应
在阴极,发生还原反应,水被电解成H+和OH-,H+被进一步还原成H2
因此,阴极室溶液呈碱性
当水中有高浓度硬度离子时,还可能会结垢
而在阳极,发生氧化反应,水电解生成的OH-被氧化成O2
或水中的Cl-被氧化成Cl2
因此,阳极室通常呈酸性,可能会对电极产生腐蚀
电渗析对水中阴、阳离子的选择性
与所采用的离子交换膜的选择透过性密切相关
那么到底什么是离子交换膜呢?
从名称上我们就可以判断出它与上一章我们曾经介绍过的离子交换树脂
其实具有相同的化学结构
由基膜和活性基团两大部分组成
基膜是具有立体网状结构的高分子化合物
活性基团是由具有交换作用的离子和与基膜相连的固定离子所组成
根据基团带电的不同,可以将其分为阳离子交换膜和阴离子交换膜
分别简称为阳膜和阴膜
阳膜含有带负电酸性活性基团,能选择性透过阳离子而不让阴离子透过
而阴膜含有带正电碱性活性基团,能选择性透过阴离子而不让阳离子透过
刚刚提到,电渗析过程中一个重要的性能参数就是离子交换膜的选择透过性
那么,如何表征这个选择透过性呢?
如果我们以阳膜为例,它对阳离子的选择透过性可以用这个式子表示
P+表示阳膜对阳离子的选择透过率
t+代表阳离子在溶液中的迁移数
迁移数是指在通电条件下,阳离子迁移的电量与所有离子迁移的总电量的比值
t+' 代表阳离子在阳膜内的迁移数
如果我们希望阳膜应对阳离子具有较高的选择透过性
理想的情况是阳离子在阳膜中的迁移数应等于1
因此,理想的离子交换膜的选择透过率理论上应接近于1
一般要求阳膜对阳离子的选择透过率应大于0.9
对阴离子的选择透过率则应小于0.1
那么,为什么离子交换膜会选择性地让离子通过呢?
下面我们来看看离子交换膜的选择透过性机理
还是以阳膜为例
在阳离子交换膜中会有很高浓度带负电荷的固定离子
这种固定离子与聚合物膜基相结合
由于电中性原因,会被周围流动的反离子即正离子平衡
由于静电相斥的作用,阳离子交换膜中的固定离子
将阻止其他相同电荷的离子即负离子进入膜内
因此,在电渗析过程中
只有反离子才可能在电场的作用下进入膜内、移动并渗透通过膜
而在膜内可移动的同电荷离子浓度则非常低
这就是由道南在1911年论述过的道南排斥效应
离子交换膜就是以这种道南排斥效应为基础,选择性地让离子通过
这一节介绍了电渗析的工作原理与分离特性
在下一节,我们将介绍电渗析器的构造与组装
-0-1 课程定位
--讨论题
-0-2 给水处理工艺
--讨论题
-0-3 废水处理工艺
--讨论题
-第0章 绪论 测试题
-1-1 概述
--1-1 概述
--讨论题
-1-2 胶体的主要性质
-- 1-2 胶体的主要性质
--讨论题
-1-3 水的混凝机理与过程
--讨论题
-1-4 混凝剂与絮凝剂
-- 1-4 混凝剂与絮凝剂
--讨论题
-1-5 混凝动力学
--讨论题
-1-6 混凝效果的主要影响因素
--讨论题
-1-7 混凝设备
--1-7 混凝设备
--讨论题
-第1章 混凝 测试题
-2-1 概述
--2-1 概述
--讨论题
-2-2 自由沉淀
--2-2 自由沉淀
--讨论题
-2-3 絮凝沉淀
--2-3 絮凝沉淀
--讨论题
-2-4 拥挤沉淀
--2-4 拥挤沉淀
--讨论题
-2-5 平流沉淀池
--讨论题
-2-6 平流沉淀池工艺计算
--讨论题
-2-7 竖流式与幅流式沉淀池
--讨论题
-2-8 斜板沉淀池
--讨论题
-2-9 澄清池
--2-9 澄清池
--讨论题
-三维交互式演示区
--竖流沉淀池
--浏览器设置方法
--机械搅拌澄清池
--辐流沉淀池
-第2章 沉淀 测试题
-第2章 沉淀 测试题2
-3-1 概述
--3-1 概述
--讨论题
-3-2 气浮理论基础
--讨论题
-3-3 加压溶气气浮
--讨论题
-第3章 气浮 测试题
-4-1 概述
--4-1 概述
--讨论题
-4-2 普通快滤池构成与工作过程
--讨论题
-4-3 滤池的水头损失
--讨论题
-4-4 滤池的过滤方式
--讨论题
-4-5 滤料
--4-5 滤料
--讨论题
-4-6 配水系统
--4-6 配水系统
--讨论题
-4-7 滤池冲洗
--4-7 滤池冲洗
--讨论题
-4-8 虹吸滤池
--4-8 虹吸滤池
--讨论题
-4-9 重力无阀滤池
--讨论题
-4-10 移动罩滤池
--讨论题
-三维交互式演示区
--普通快滤池
--浏览器设置说明
--虹吸滤池
--浏览器设置说明
-第4章 过滤 测试题
-5-1 概述
--5-1 概述
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-5-2 消毒的影响因素
--讨论题
-5-3 氯消毒
--5-3 氯消毒
--勘误
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-5-4 二氧化氯消毒
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-5-5 紫外线消毒
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-第5章 消毒 测试题
-6-1 离子交换树脂
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-6-2 离子交换反应特性
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-6-3 阳离子交换树脂特性
--讨论题
-6-4 阴离子交换树脂特性
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-6-5 离子交换软化系统
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-6-6 离子交换除盐系统
--讨论题
-6-7 离子交换设备
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-6-8 离子交换法处理工业废水
--讨论题
-第6章 离子交换 测试题
-第1节 概述
--第1节 概述
--讨论题
-第2节 电渗析原理与过程
--讨论题
-第3节 电渗析器构造与组装
--讨论题
-第4节 电渗析工艺计算
--讨论题
-第5节 反渗透工艺原理与工作特征
--讨论题
-第6节 反渗透工艺计算
--讨论题
-第7节 超滤和微滤分离原理与过程
--讨论题
-第8节 超滤和微滤工艺计算
--讨论题
-第7章 膜分离 测试题
-8-1 氧化还原基础与分类
--讨论题
-8-2 臭氧氧化
--8-2 臭氧氧化
--讨论题
-8-3 光催化氧化
--讨论题
-8-4 超临界水氧化
--讨论题
-8-5 电解
--8-5 电解
--讨论题
-第8章 氧化还原 测试题
-9-1 概述
--9-1 概述
--讨论题
-9-2 吸附平衡与吸附等温线
--讨论题
-9-3 吸附穿透曲线
--讨论题
-第9章 吸附 测试题