实验四 电渗析除盐实验(1).doc

实验四电渗析除盐实验(1)
实验电渗析除盐实验
一、实验的目的和要求
1、了解、熟悉电渗析设备的构造、组装及实验方法;
2、掌握在不同进水浓度或流速下,电渗析极限电流密度的测定方法;
3、求定电流效率及除盐率。
二、实验原理电渗析是一种膜分离技术,已广泛地用于工业放心液回收及水处理领域(例如除盐或浓缩等)。
电渗析膜由高分子合成材料制成,在外加直流电场的作用下,对溶液中的阴阳离子具有选择透过性,使溶液中的阴阳离子在由阴膜及阳膜交借排列的隔室产生迁移作用,从而使溶质与溶剂分离。
离子选择透过是膜的主要特性,可用道南平衡理论予以解释。应用道南平衡理论于离子交换膜,可把离子交换膜与溶液的界面看成是半透膜,电渗析法用于处理含盐量不大的水时,膜的选择透过性较高。一般认为电渗析法适用于含量在3500mg/L以下的苦咸水淡化。
在电渗析器中,一对阴阳膜和一对隔板交错排列,组成最基本的脱盐单元,称为膜对。电极(包括共电极)之间由若干组膜对堆叠在一起,称为膜堆。电渗析器由一至数组膜堆组成。
电渗析器的组装方法常用“级”和“段”来表示。一对电极之间的膜堆称为一级,一次隔板流程称为一段。一台电渗析器的组装方式可分为一级一段、多级一段、一级多段和多级多段。一级一段是电渗析器的基本组
装方式。
电渗析器运行中,通过电流的大小,与电渗析器的大小有关。因此为便于比较,采用电流密度这一指标,而不采用电流的绝对值。电流密度即单位除盐面积上所通过的电流,其单位为:mA/cm2.
若逐渐增大电流强度(密度)i,则淡水隔室膜表面的离子浓度C′必将逐渐降低。当i达到某一数值时C′→0,此时的I值称为极限电流。如果再稍稍提高I值,则由于离子来不及扩散,而在膜界面处引起水分子的大量电离,成为H+和OH-。它们分别透过阳膜和阴膜传递电流,导致淡水室中水分子的大量电离,这种膜界面现象称为极化
现象,此时的电流密度称为极限电流密度,以i1im表示。
极限电流密度与流速、浓度之间的关系如式(4-1)所示。此式也称之为威尔逊公式
i1im=KCVn 式(4-1)
式中n—流速系数(n=-)
v—淡水隔板流水道中的水流速度,cm/s;
C—浓室中水的平均浓度,me/L,实行应用中采用对数平均
浓度;
K—水力特性系数
其中n值的大小受格网型式的影响。
极限电流密度及系数n、K值的确定,通常采用电压、电流法,该法是在原水水质、设备、流量等条件不变的情况下,给电渗析器加上不同的电压
U,得出相应的电流密度,作图求出这一流量下的极限电流密度。然后改变溶液浓度或流速,在不同的溶液浓度或流速下,测定电渗析器的相应极限电流密度。将通过实验所得到的若干组i1im、
C、V值,代入威尔逊公式中。等号两边同时取对数,解此对数方程就可得到水力特性系数K值及流速指数n值,K值也可通过作图求出。
所谓电渗析器的电流效率,系指实际打出物质的量与应析出物质的量的比值。即单位时间实际脱盐量q(C1-C2)/1000与理论脱盐量
I/F的比值,故电流效率也就是脱盐效率。如式(4-2)所示。
η=
式中 q—一个淡室(相当于一对膜)单位时间的实际脱盐量,L/S
C1、C2—分别表示进出水含盐量,mmol/L
I