电渗析过程传质模型的研究进展

电渗析是一种利用离子交换膜和电势差从溶液及其他不带电组分中分离出离子的物质分离过程,该技术具有适应性强、预处理简单、能耗低、环境污染小等优点,被广泛应用于化工、生物等领域的分离纯化过程。本文主要介绍了用于电渗析分离过程的6种传质模型,总结了各模型的优势及存在的问题,指出限制电渗析技术进一步发展的主要原因是对包含物质传递、浓差极化、流体流动行为、电解质溶液-膜平衡等复杂现象的电渗析过程进行理论和实验研究难度大,而传质模型化为电渗析分离过程的物质传递研究提供了一条有效途径,有助于深入研究电渗析过程中物质的传递机理,准确预测分离性能并导向性优化电渗析结构设计和操作工艺。并且提出未来电渗析传质模型的研究方向是结合经验方程或传质系数进一步优化传质模型,并采用仿真工具模拟传质过程,提高模型的准确性和普适性。     

电渗析隔网的试验研究 (Ⅰ)隔室框网厚度配比的试验探讨

置于电渗析器工作隔室中的网,起着支撑膜面和搅拌液流的作用。在电渗析过程中,由于隔网对液流的搅拌作用,使界面扩散层的厚度减薄,从而强化了传质过程,即呈现     

电渗析苦咸水淡化技术研究进展

电渗析苦咸水淡化技术具有脱盐效果好、成本较低、绿色环保等优点,但存在制膜工艺繁琐、传质模型不够精确、能效有待提升等问题。本文首先分析了苦咸水电渗析用离子交换膜的制备及改性方法,对膜材料存在的问题进行了探讨。综述对比了苦咸水电渗析在简化模型、理论模型、半经验模型方面的原理及最新进展,系统总结了常规苦咸水电渗析过程的运行方式和工艺优化策略,并进一步介绍了以新型电去离子、冲击电渗析、可再生能源驱动电渗析为代表的新型电渗析过程在苦咸水淡化方面的原理及应用。在此基础上,提出了今后的研究方向集中于降低制膜成本、优化传质模型、探究集成膜法淡化工艺以及新型电渗析过程等方面。     

氧化石墨烯膜间距对电渗析空气除湿特性影响的分子动力学研究

电渗析空气除湿技术利用高压电场为气体分子荷电,通过多孔氧化石墨烯膜实现水分子和其他带电分子,如氧气分子的分离。双层膜间距将影响到气体分子的传输特性和热力学性质,本文采用分子动力学研究了带电后的水分子和氧气分子在不同膜间距下通过膜的扩散及吸附现象。结果表明：膜层间距主要影响层间氢键形成方式,继而影响多孔氧化石墨烯膜与气体分子间吸附能,存在最佳层间距离1.25 nm,水分子渗透效果最佳,气体选择性达到最高,为1.14,较无电场时扩大了3倍。     

双极膜分离技术及应用进展

双极膜通过对水解离具有的催化效应,能够使水中的盐重新转变为酸和碱,在环境保护和资源回收等领域发挥着越来越大的作用。本文解析了双极膜的“三明治”结构特点、发展历程及发展趋势、制备工艺技术,阐述了双极膜催化水解离机理的3个模型：第二Wien效应模型、化学反应模型以及中和层模型。探究了双极膜电渗析及与其它化工过程耦合技术在不同领域的应用,其中包括酸碱生产领域、资源分离回收领域以及污染控制领域等。分析了双极膜的具体应用过程中存在的局限性并展望了双极膜在水解制氢、液流电池方面的应用前景。指出双极膜将朝着与传统化工过程、新型液流电池等系统集成化、规模化方向发展,成为多种化工应用领域的重要组件。     

电渗析中的膜污染及其控制方法研究进展

电渗析作为一种膜分离技术,因其不消耗药品、无废液产生已被广泛用于盐溶液脱盐及环境和生物技术工业领域,但膜污染始终是限制电渗析技术应用的主要因素.从引起电渗析过程中膜污染的物质、膜及料液性质、操作条件等方面分析了膜污染的成因和污染后果,并对电渗析过程中膜污染的分析方法及防治措施进行了较为详细的综述.     

电驱动膜过程在氨基酸发酵液处理中的研究进展

在发酵法生产氨基酸的过程中,需要后续工艺对发酵液进行分离纯化以提取目标产物.电驱动膜过程正逐渐成为该领域研究与应用的热点.本文介绍了近年来国内外普通电渗析(ED)、双极膜电渗析(BMED)、离子取代电渗析(ISED)、电复分解反应器(BMT)等常见的电驱动膜过程在氨基酸发酵液处理中的研究进展,简述了常见的膜堆构型及其工作原理、特点与应用实例.分析表明电驱动膜过程可以实现混合氨基酸分离、无机盐脱除以及氨基酸的制备,膜堆结构、操作参数的优化以及新型分离膜的研究与应用可以提高过程性能.同时也指出目前该领域的研究尚处于实验室研究阶段,研究对象以模拟发酵液为主,规模化应用的报道还不多见.但是可以预见高效、环保的电驱动膜过程将会在氨基酸发酵液处理中发挥重要作用.     

双极膜电渗析的理论研究进展与应用

从理论和应用研究两方面较为全面地综述了双极膜电渗析技术在近些年的发展,阐述了双极膜中水解离、水迁移、离子迁移以及双极膜电渗析过程等理论研究。介绍了它在饮用水及纯水的制备、食品工业和化学工业及其他领域中的应用。双极膜电渗析技术在优化传统工艺过程和新的工业过程中发挥独到的作用,它的出现改变了传统工艺分离和制备过程,为解决环境化工,生物,海洋化工等领域中的技术难题注入新的生机和活力。同时为解决人类面临的环境,资源,能源的问题提供了有效手段。     

电渗析法处理高含盐有机废水中有机物迁移研究进展与发展方向

综述了高含盐有机废水电渗析处理过程中小分子有机物迁移机制的研究进展,分析了不同无机盐体系中电流、电压、有机物初始浓度以及pH等因素对有机物分离及去除效果的影响,梳理了电渗析过程中有机物膜污染趋势,并展望了电渗析处理高含盐废水的发展方向。     

具有限域传质效应的碳基分离膜——从碳纳米管膜到石墨烯膜

限域传质是流体分子通过与其运动自由程相当的传质空间的过程,流体分子与限域壁面的作用与和流体分子间的相互作用决定了传质效率。当碳通道尺寸小于10 nm时,由于其壁面具有无摩擦效应,导致传质阻力小;因此,具有限域传质效应的碳基分离膜传质通量和选择性都高,有望成功突破渗透性和选择性的博弈效应。本文综述了近年来具有限域传质效应的碳基分离膜的研究进展,主要介绍了两类碳基分离膜,规整排列的碳纳米管膜和层层堆叠的石墨烯膜,概述了这两类膜的限域传质机理、构筑方法及其在水处理、脱水、脱盐、离子分离、气体分离等领域的应用。此外,展望了具有限域传质效应的碳基分离膜的发展及需要解决的问题。为创制新一代兼具高渗透性和高选择性的限域传质效应的分离膜的设计制备与应用提供了参考。     

离子交换膜的发展态势与应用展望

基于离子交换膜的电膜技术,由于其独特的离子传递特性,可以用于离子物系的分离、分级,在清洁生产、节能减排、能量转换等方面有着广泛的应用前景。本文综述了离子交换膜的制备、应用过程以及组件设计等方面的前沿性进展,并对亟待解决的问题和未来的发展方向作了展望。关于膜的制备,提出了从二相到三相、从致密到微孔的新型离子交换膜结构,开发了电纳滤膜并用于一价或多价离子的分离,通量和选择性均得到提高,实现了膜功能的多样化。在应用过程中,实现了扩散渗析和电渗析过程的集成,分离效果优越,生产成本降低。同时对膜组件进行优化,设计开发出新型的卷式组件,克服了传统板式组件的诸多缺陷。值得一提的是,离子分离膜的应用领域也由初级水处理扩展到复杂物料的分离与纯化。以上研究成果将为离子交换膜的发展提供指导,加快其工业化进程。     

有机溶剂纳滤传递模型及最新膜材料研究进展

有机溶剂纳滤（organic solvent nanofiltration, OSN）是一种高效节能、操作简便的新型膜分离技术,在化工、制药、能源和环境等相关领域具有广阔的应用前景,因此受到了膜技术领域内研究者们的重点关注。本文首先简述了有机溶剂纳滤的应用背景,其次从有机溶剂纳滤传递模型与膜材料两个方面,总结归纳了近年来在有机溶剂纳滤领域取得的研究进展。总结了基于无机陶瓷、高分子聚合物、多孔有机聚合物、有机-无机杂化材料以及石墨烯类二维材料等用于制备新型OSN膜的研究进展,并结合传输模型讨论分析了有机溶剂分子在膜内的传输行为及膜的分离性能。最后简述了有机溶剂纳滤技术在化工及相关行业中的应用现状,并指出了这些关键有机溶剂纳滤膜材料在有机溶剂纳滤应用中存在的优势和挑战,提出了基于这些关键材料的特点进行设计和优化OSN膜性能的建议供参考,以期促进有机溶剂纳滤膜的研究和应用。     

电渗析-超滤耦合技术研究进展

电渗析-超滤耦合技术（EDUF）是一项用于分离带电有机物的新型技术,用超滤膜替换一部分离子交换膜,或将超滤膜嵌入到传统电渗析器中,从而形成一种超滤与电渗析内部结合的新型分离技术。该技术一方面利用超滤膜的孔径差异性分离不同分子量的带电有机物,另一方面利用电驱动原理克服压力驱动式超滤膜的膜污染问题,在营养食品、生物制药等领域用于分离提纯活性有机物组分,展示出了良好的应用优势。本文聚焦于电渗析-超滤耦合技术的产生和发展,详细介绍了该技术的技术原理及应用优势,重点阐述了影响其分离效率的主要因素,包括pH、超滤膜切割分子量（MWCO）、电场强度、膜对结构等。最后,从提高分离效率、降低系统能耗、超滤膜材质、水解液预处理、系统泄漏等角度提出了未来的研究方向,为该技术的研究和应用提供指导。     

双极膜电渗析技术的研究进展

双极膜电渗析技术(BMED)是利用直流电场作用下双极膜界面层内发生水解离生成H+和OH-这一电化学特性,通过将双极膜与阴、阳离子交换膜适当组合,可实现不同的特种分离功能。与传统工艺相比,BMED具有高效节能、环境友好、操作便捷等突出技术优势。本文介绍了3种不同的BMED工作模型以及BMED在有机酸生产、水除盐、蛋白分离、超纯水制备等领域的最新研究进展,对BMED技术的进一步研究与发展进行了展望。     

Removal of hardness in fermentation broth by electrodialysis

Lysine fermentation broth was desalinated by electrodialysis to reduce hardness concentrations as a pretreatment procedure for the purification and recovery of amino acids. Electrodialysis performance was investigated in terms of the rate of reduction in conductivity in dilute solutions and electrodialysis cell resistance for different ion exchange membranes at a constant current density. Among the membranes investigated in this study, membranes with high water content showed the better performance for hardness removal. Fouling experiments revealed that organics gave rise to fouling effects on the anion exchange membrane during demineralization of the lysine fermentation broth. The pulsed electric field with the half‐wave power enhanced the electrodialysis performances by mitigating membrane fouling in desalination of the lysine fermentation broth. This study successfully demonstrated the potential use of pulse power as an effective cleaning‐in‐place (CIP) method during electrodialysis of fermentation broth. © 2002 Society of Chemical Industry     

Fundamentals of membrane transport

A review is presented to give a generalized membrane transport theory based on the principles of nonequilibrium thermodynamics. This theory is then used to develop specific flux equations for gas separation, pervaporation, osmosis, reverse osmosis, nanofiltration, ultrafiltration, microfiltration, dialysis, and electrodialysis. All membrane processes suffer from boundary layer mass transfer resistances caused by concentration polarization. The convective motions parallel and perpendicular to the membrane surface are distinguishable, and the former becomes more relevant than the latter in the boundary layer mass transfer. The modified P??clet number is introduced and its importance is discussed in characterizing the boundary layer mass transfers of various membrane processes. Many different transport mechanisms through membrane itself are reviewed including the solution-diffusion model, pore model, permeation through composite membranes, and transport through inorganic membranes. Finally, the differences between membrane mass transfer and other mass transfer are delineated, including a discussion of negative mass transfer coefficient.     

Nichtporöse Membranen und ihre Anwendung

Non-porous Membranes and their Applications . In recent years membrane systems have gained increasing industrial importance in the separation of multicomponent mixtures. This also applies to porous membranes in which the mass transfer is effected by the difference in electrochemical potential of the permeating components on the feed and permeate sides. After presenting the construction and the mode of operation of non-porous membranes, the article considers industrial membrane processes. Special attention is focussed on development work starting from the research results obtained in the laboratory and culminating in the industrial application. The development of membranes with support-bound ?passive”? or ?active”? transport, such as encountered in some biological membranes, offers interesting insights.     

水合物法提纯沼气技术研究进展

沼气是一种重要的可再生能源,对沼气进行充分高值利用对于缓解我国能源需求和环境压力具有重要意义。沼气在高值利用前必须进行脱碳提纯处理,本文介绍了一种可用于沼气提纯的新技术--水合物分离技术。介绍了水合物分离技术的基本理论,调研总结了水合物法提纯沼气和可用于沼气体系（CH₄/CO₂）的水合物分离技术研究进展,包括相平衡研究、热力学促进剂、动力学促进剂、机械强化、外场强化、添加多孔介质/纳米流体等和采用油/水乳液促进技术,并对各种水合物分离促进技术进行了分析：相平衡研究为水合物法提纯沼气提供了理论基础;合理地选用热力学和动力学促进剂能够有效改善气体水合物相平衡条件,促进水合物生成,增加储气效果和提高分离效率;机械强化及外场作用通过强化水合反应过程的传质传热效果促进水合物生成;添加多孔介质和纳米流体等能够增大气液接触面积,对水合过程发挥促进作用;采用油/水乳液不但能够强化气液接触,而且微乳状态下的水合物具有很好的流动性,具有良好工业应用前景。最后对水合物法提纯沼气技术进行了展望,水合物提纯沼气研究虽处在起步阶段,但随着研究的不断深入,该技术凭借操作条件温和,对原料气要求低,并且具有操作简单灵活、安全性高、环保无污染等优点,必将在我国沼气产业发展过程中发挥作用。