双极膜电渗析清洁制备NaOH和H2SO4的试验研究

采用双极膜、阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列构成的五隔室双极膜电渗析(BMED)构型,以Na2SO4为原料制备NaOH和H2SO4。研究了电流密度和原料液浓度对膜堆操作性能的影响,并对2种不同的均相阳膜进行了对比考察。结果表明,在电流密度50 mA/cm2,Na2SO4原料液浓度10%的条件下,试验范围内NaOH的收率可达79.63%,其收率和能耗随电流密度的增大而增加;电流密度恒定时,较高的原料液浓度利于保持更小的膜堆电阻,过程能耗相应降低。将BMED制得的稀NaOH和H2SO4溶液直接用于饱和阴、阳离子交换树脂的再生处理,并将其与经常规酸碱试剂化学再生的树脂均用于反渗透产水的深度除盐制备纯水,结果前者所获水质纯度显著优于后者,表明BMED所制备的酸碱纯度更高,树脂再生更为彻底。     

以鸡蛋壳为原料制备柠檬酸钙工艺研究

以鸡蛋壳为钙源,制备柠檬酸钙,考察了柠檬酸浓度、NaOH浓度、HCl浓度及反应温度对产品产率的影响。结果表明,最佳工艺条件为:柠檬酸浓度为1 mol/L,NaOH溶液浓度为1 mol/L,HCl溶液浓度为1.5 mol/L,反应温度为40℃,反应时间20 min,产品产率可达68.36%以上。     

PTFE中空纤维膜萃取草酸工艺研究

以氢氧化钠溶液为萃取剂,采用PTFE中空纤维膜萃取草酸沉淀稀土废水中的草酸,考察了料液中草酸的初始浓度和HCl初始浓度、萃取液中Na OH初始浓度、料液与萃取液流量比对草酸萃取率(η)的影响,并进行了草酸沉淀稀土废水膜萃取实验验证。结果表明,料液中HCl初始浓度增大,η增大;料液中草酸浓度变化,对η影响较小;萃取相中Na OH浓度增大,η增大;最佳料液与萃取液流量比为2;在草酸沉淀稀土废水的草酸、HCl浓度范围内,采用0.8 mol/L Na OH溶液作萃取液,使用本PTFE中空纤维膜萃取草酸沉淀稀土废水,对草酸的萃取率在95%~96%之间,萃取速度较快,萃取平衡时间不超过45 min。     

分散支撑液膜法处理含Tb(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)稀土废水

本文研究了以聚偏氟乙烯膜(PVDF)为液膜支撑体,煤油为膜溶剂,煤油和作为流动载体的有机膦酸PC—88A的混合溶液作为膜溶液,膜溶液和HCl溶液组成分散相的分散支撑液膜(DSLM)处理含Tb(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)稀土废水;主要考察了膜溶液与HCl溶液体积比、料液相酸度和分散相中HCl浓度对Tb(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)去除率的影响,并对该体系Tb(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)的最佳去除效果进行了讨论;得出含Tb(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)废水最佳处理条件为:膜溶液与HCl溶液体积比为30∶30、料液相p H值控制在5.1左右、分散相HCl溶液浓度为4.0 mol/L。在170 min内Tb(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)的去除率达到93%以上。从界面化学和扩散传质角度提出了Tb(Ⅲ)和Dy(Ⅲ)在DSLM中传质动力学方程。     

高浓度含盐草甘膦溶液的纳滤分离实验研究

为了考察纳滤技术分离含高浓度单价盐的草甘膦溶液的可行性,采用商业化Desal-DK纳滤膜对含有高浓度NaCl的草甘膦溶液开展了分离实验研究和模拟计算。首先研究了物料浓度、跨膜压差等因素对NaCl和草甘膦的单组分溶液的体积通量及截留率的影响,并通过拟合SK（Spiegler-Kedem）方程计算得到了膜的特征参数;其次探究了Desal-DK纳滤膜对高浓度NaCl和不同浓度草甘膦混合溶液的分离效果,实验结果说明Desal-DK纳滤膜对NaCl呈现较高的透过性,而对草甘膦则呈现较高的截留性,从而能够有效实现草甘膦和NaCl的分离;最后通过对含有100 g/L NaCl和1 g/L草甘膦的混合溶液进行预浓缩-连续恒容渗滤过程的模拟计算,得到了较高浓度的草甘膦溶液和相对较纯的NaCl溶液,证明通过纳滤渗滤过程实现含草甘膦浓盐水的资源化利用是可行的。     

高浓度含盐草甘膦溶液的纳滤分离实验研究

为了考察纳滤技术分离含高浓度单价盐的草甘膦溶液的可行性,采用商业化Desal-DK纳滤膜对含有高浓度NaCl的草甘膦溶液开展了分离实验研究和模拟计算。首先研究了物料浓度、跨膜压差等因素对NaCl和草甘膦的单组分溶液的体积通量及截留率的影响,并通过拟合SK(Spiegler-Kedem)方程计算得到了膜的特征参数;其次探究了Desal-DK纳滤膜对高浓度NaCl和不同浓度草甘膦混合溶液的分离效果,实验结果说明Desal-DK纳滤膜对NaCl呈现较高的透过性,而对草甘膦则呈现较高的截留性,从而能够有效实现草甘膦和NaCl的分离;最后通过对含有100 g/L NaCl和1 g/L草甘膦的混合溶液进行预浓缩-连续恒容渗滤过程的模拟计算,得到了较高浓度的草甘膦溶液和相对较纯的NaCl溶液,证明通过纳滤渗滤过程实现含草甘膦浓盐水的资源化利用是可行的。     

双极膜技术在硝酸钠废水处理中的应用研究

采用具有三隔室重复单元的双极膜电渗析从硝酸钠废水中制备NaOH和HNO₃,考察操作电压、循环流量、盐室初始盐含量、盐室残余含盐量对运行过程的影响。结果表明,提高盐室初始盐含量、循环流量、操作电压,可提高最终酸碱浓度,提高最终盐室盐含量,可提高电流效率降低能耗。双极膜最佳运行条件：盐室、酸室和碱室初始分别为100 g/L硝酸钠废水、0.02 mol/L HNO₃和0.02 mol/L的NaOH,电极液为3%的Na₂SO₄,循环流量120 L/h,操作电压18 V,盐室盐含量30 g/L为实验终点,反应90 min,得到1.45 mol/L的Na OH,电流效率为65.8%,Na NO₃转化率达70%,能耗为1 704.35 k Wh/t-Na OH。     

OP-10/异戊醇/煤油/NaOH微乳液体系萃取钼(Ⅵ)的研究

采用电导率法研究了OP-10/异戊醇/煤油/NaOH水溶液微乳液体系的性质,并以此微乳液体系为油相,以TOA为载体研究了萃取水溶液中钼(Ⅵ)的工艺条件。实验结果表明:异戊醇和OP-10的最佳比例为1∶1时,该微乳液体系具有最大溶水量;拟三元相图表明该微乳液体系的稳定区域与NaOH浓度关系不大;外水相中加入一定量的NaCl可有效避免萃取过程中液膜的溶胀与破裂;当外水相中HCl浓度为0.05mol/L、膜相中TOA浓度为0.04mol/L、内水相中NaOH浓度为0.04mol/L时,微乳液体系对钼的单级萃取率可达98%。     

植酸在金属防腐中的应用研究

用失重法研究了植酸对金属的阻蚀性。分别以0.1 mol/L HCl、0.1 mol/L NaCl或0.1 mol/L NaOH为介质,配置不同植酸浓度的(空白自来水,0.5%,1%,1.5%,2%)溶液,并与相同介质下1.5%亚硝酸钠或1.5%磷酸二氢锌的溶液相比较。实验表明,对于铝、锌和铁三种金属,植酸对铝的防腐率最为显著,其中尤以植酸在NaCl介质中对铝的防腐性能最优,最佳防腐浓度为0.5%;对于锌、铁,防腐作用最佳的是空白自来水介质的1.5%磷酸二氢锌钝化液。     

分散支撑液膜中四价铈的传输分离

研究了以聚偏氟乙烯膜(PVDF)为液膜支撑体,煤油为膜溶剂,2-乙基己基磷酸-单-2-乙基己基酯(PC-88A)为流动载体,煤油和PC-88A的混合溶液作为膜溶液,膜溶液和HCl溶液组成分散相的分散支撑液膜(DSLM)中Ce(IV)的传输行为;考察了料液相酸度、Ce(IV)起始浓度、HCl浓度、膜溶液与HCl溶液体积比、解析剂及载体浓度对Ce(IV)传输的影响,得出其最优传输分离条件为：HCl浓度4.0 mol/L,膜溶液与HCl溶液体积比2:1,载体浓度0.16 mol/L,料液相中HCl浓度0.1 mol/L. 在最优条件下,料液相中Ce(IV)的初始浓度为0.7′10-4 mol/L时,迁移75 min,其迁移率达到96.3%. 提出了Ce(IV)在DSLM中的传质动力学方程,得出Ce(IV)在膜中的扩散系数为6.69′10-8 m2/s,料液-膜边界层厚度为19.3 mm. 对模拟样品Ce(IV)的分离结果表明,在一定条件下,125 min内模拟煤粉灰中Ce(IV)迁移率达到92.8%;105 min内模拟冶金熔渣中其迁移率可达92.6%;215 min内Ce(IV)与Eu(III)的混合液中Ce(IV)迁移率达到83%,其他元素迁移率极低.     

中空纤维膜法制备聚合氯化铝的研究

无机高分子絮凝剂聚合氯化铝(PAC)中的Alb形态质量分数是衡量其絮凝活性的主要指标。如何有效地制备高Alb质量分数的PAC产品已成为研究的重点。文中基于中空纤维膜表面具有大量的微米级微孔这一特点,采用中空纤维膜反应器作为碱液分布器制备PAC,实现了碱液微量连续可控地加入到AlCl3溶液中,从而显著提高了产品中的Alb质量分数。实验优化了制备工艺:碱化度B为2.0,碱液(NaOH)浓度为0.2 mol/L,氯化铝浓度为0.5 mol/L。检测结果表明:膜法制备的聚合氯化铝Alb质量分数可达90.18%,远高于其他方法制备的产品,其对染料模拟废水的絮凝效果远好于工业化产品。     

强化混凝对超滤处理碎煤加压气化废水生化出水试验研究

研究了碎煤加压气化废水生化出水经不同药剂的强化混凝预处理后出水的超滤膜通量变化规律。结果表明,初始膜通量随着混凝药剂投加量的增大而增大,在PFC投加量为150 mg/L时,初始膜通量为纯水通量的80.4%,原水未经混凝预处理时初始通量仅为纯水通量62.5%,经过长期运行,强化混凝后水样超滤通量衰减趋势减缓。不同预处理条件下受污染的超滤膜经简单碱洗(NaOH,浓度10 mmol/L)-酸洗(HCl,浓度10 mmol/L)浸泡后,通量恢复效果不同,处理原水、PFC(150 mg/L)、PAC(150 mg/L)的超滤膜初始通量恢复率分别为79.4%、84.1%、85.1%。     

氯代UiO-66吸附染色纸废水中罗丹明B和刚果红

为了进一步提高金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks, MOFs）的吸附性能,本文将有机配体对苯二甲酸替换为2-氯对苯二甲酸,合成了金属-有机骨架化合物UiO-66的衍生物——氯代UiO-66（UiO-66-Cl）。以UiO-66、木质活性炭（AC）和蔗渣作为参照,研究了UiO-66-Cl对染色纸废水中罗丹明B（Rh-B）和刚果红（CR）的吸附性能和对染料废水pH的适应性,优化其吸附工艺条件,基于等温吸附模型（Langmuir和Freundlich）拟合其最大吸附量,最终对该吸附剂的回收、解吸附和再利用性能进行评价。研究结果表明：UiO-66-Cl对两种染料（Rh-B和CR）的吸附性能和对染料溶液pH的适应性均显著高于UiO-66、AC和蔗渣;其对Rh-B和CR的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型,属于非均质多位点的多层吸附;在10~1000mg/L的初始染料浓度范围内,该吸附剂对Rh-B和CR的最大吸附容量分别为94.28mg/g和151.84mg/g;与HCl（0.1mol/L）、NaOH（0.1mol/L）和95%（体积分数）乙醇溶液相比,乙醇-HCl溶液（0.1mol/L HCl与95%乙醇溶液的体积比为0.5∶99.5）是UiO-66-Cl的良好再生溶剂体系,染料初始浓度为50mg/L时,再生UiO-66-Cl对Rh-B和CR的移除率均接近90%。由此可见,UiO-66-Cl可作为一种稳定、高效且易再生的吸附剂应用于去除染色纸废水中的Rh-B和CR。     

Asymmetric bipolar membrane electrodialysis for acid and base production

Bipolar membrane electrodialysis (BMED) is a promising technique for upgrading traditional manufacturing procedures and achieving a circular economy. However, the industrial applications of BMED technology have been restricted by the large consumption of expensive bipolar membranes and the unmatching behavior between water splitting and ion migration. Herein, we proposed a novel asymmetric bipolar membrane electrodialysis (ABMED) to regulate the water splitting in the bipolar membrane and orientational ion migration in the electrodialysis (ED). It was found that the ABMED exhibited comparable performances to BMED for acid/base production when the area of the bipolar membrane was reduced to 50% of the monopolar membrane. The total process cost of ABMED was 0.78 $/kg NaOH, which is 21% lower than the BMED process. The asymmetric membrane design was capable to boost the water splitting in the bipolar membrane and to eliminate the concentration polarization in the ED process.     

大块液膜技术处理含六价铬废水

以磷酸三丁酯(TBP)为载体,煤油为稀释剂,NaOH为反萃剂,采用大块液膜技术处理含95~100mg/LCr(VI)的模拟废水。考察了液膜相用量、载体体积分数及反萃剂浓度对大块液膜过程中Cr(VI)传质过程的影响。结果表明,大块液膜技术对废水中Cr(VI)的去除效果较好。Cr(VI)迁移速率随TBP体积分数的提高而加快。当反萃剂NaOH浓度大于0.5mol/L时,反萃剂浓度对Cr(VI)传质过程的影响较小。处理后废水中Cr(VI)含量降至0.5mg/L以下,达到国家排放标准。     

应用膜技术精制荧光增白剂水溶液的工艺设计

本文对采用卷式纳滤膜作荧光增白剂水溶液的脱盐和浓缩的各种工艺过程进行了预测和比较。将含有1.0mol/L NaCI的0.14mol/L荧光增白剂水溶液浓缩到0.30mol/L再进行连续恒容脱盐,将NaCI浓度降低到0.102mol/L,然后将荧光增白剂水溶液和NaCI的浓度调节到0.25mol/L和0.085mol/L的目标浓度,这种方法所需的膜面积和排放水量都较小。工业运行试验表明该工艺与预测结果吻合良好。     

双极膜电渗析技术在工业高含盐废水中的应用

双极膜电渗析（BMED）作为新型膜分离技术,可将盐转变为相应的酸和碱,围绕BMED技术在工业高含盐废水领域的应用已逐渐成为热点,但在实际应用中还存在一些亟需解决的难点。本文主要介绍了近年来BMED技术在处理工业高含盐废水领域的研究现状,提出和探讨了限制BMED技术在该领域大规模工业化应用的3个关键性问题,即与酸碱浓度和纯度有关的技术问题、与过程成本有关的技术经济性问题以及与投资成本有关的经济性问题。针对这3个问题,指出BMED技术未来发展方向应致力于降低双极膜成本,减弱或消除离子交换膜同离子泄漏及水迁移过程。对于现阶段而言,将制备的酸碱回用于系统内部,是解决酸碱品质较低而未能商品化的主要途径,同时该过程可节省酸碱外购费用,弥补BMED技术投资成本过高问题。     

Membrane fouling caused by amino acid and calcium during bipolar membrane electrodialysis

BACKGROUND: Bipolar membrane electrodialysis (BMED) has been widely applied in the recovery/production of organic acids and in the treatment of wastewater containing ammonium sulfate, sodium nitrate, sodium acetate and ammonium nitrate. However, membrane fouling is still one of the major problems in the electrodialysis process. Since calcium and amino acid are present naturally in fermentation wastewater, this study was carried out to determine the effects of calcium and amino acid on membrane fouling when simulated fermentation wastewater containing ammonium sulfate was treated by BMED. RESULTS: Calcium formed a scale on the cation exchange membrane (CEM) surface in contact with the base cell, but this had no significant adverse effect on the BMED performance. Amino acid, however, caused CEM fouling of the inner membrane, which hampered the BMED process. The coexistence of calcium and amino acid aggravated the membrane fouling, as observed morphologically on the CEM surface on the base cell side. Elemental mapping analysis showed that the membrane foulant was composed of calcium hydroxide and amino acid. CONCLUSION: The CEM fouling caused by calcium and that due to amino acid, which were distributed differently on the membrane, had different effects on the BMED performance. The coexistence of amino acid and calcium deteriorated the CEM fouling during BMED. Copyright © 2008 Society of Chemical Industry