擴(kuò)散滲析的理論與應(yīng)用研究.pdf

1、擴(kuò)散滲析作為一種以濃度差為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)，由于其具有操作簡單、低能耗、無二次污染等優(yōu)勢，廣泛地應(yīng)用于各種產(chǎn)生廢酸堿的領(lǐng)域:鋼鐵工業(yè)、鈦材加工、稀土工業(yè)、鎢礦工業(yè)等。同時(shí)由于易與其他過程集成，擴(kuò)散滲析與其他過程集成處理廢液的應(yīng)用實(shí)例也很多，它們之間相互取長補(bǔ)短，達(dá)到比較理想的處理效果。另外，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識的日益強(qiáng)烈，擴(kuò)散滲析在廢酸廢堿的處理中越來越受到人們的關(guān)注。然而，雖然擴(kuò)散滲析目前已經(jīng)得到了大規(guī)模的應(yīng)用，但是

2、擴(kuò)散滲析的不足之處也隨之顯現(xiàn)出來。針對這些不足，本文對擴(kuò)散滲析過程進(jìn)行了相關(guān)理論與應(yīng)用方面的研究。
　　論文共分七章:
　　第一章首先對化工產(chǎn)業(yè)、膜分離技術(shù)等進(jìn)行了簡單的概述，對擴(kuò)散滲析過程進(jìn)行了基本的文獻(xiàn)綜述，主要包括:擴(kuò)散滲析原理、擴(kuò)散滲析膜、擴(kuò)散滲析膜組件、擴(kuò)散滲析理論模型、擴(kuò)散滲析的發(fā)展趨勢、擴(kuò)散滲析的應(yīng)用領(lǐng)域等，然后引出擴(kuò)散滲析的不足之處進(jìn)而展開本論文的研究內(nèi)容。
　　第二章對擴(kuò)散滲析進(jìn)行基礎(chǔ)研究，主要是使用

3、擴(kuò)散滲析處理模擬化成箔廢酸液。結(jié)果表明:酸回收率和鋁離子泄漏率隨著流速的增加而降低;擴(kuò)散液與滲析液流速比控制在1.0左右時(shí)，綜合考慮酸回收率、鋁離子泄漏率和回收酸濃度等因素，發(fā)現(xiàn)卷式擴(kuò)散滲析膜組件的性能是最佳的;原料液中的鹽酸濃度對擴(kuò)散滲析的性能影響不是很明顯，然而隨著原料液中的氯化鋁濃度的增高，酸回收率和鋁離子泄漏率也相應(yīng)地增高;當(dāng)滲析液與擴(kuò)散液流速均為0.48 L/(m2·h)、原料液中鹽酸濃度為2.12 mol/L、氯化鋁濃度為0

4、.8 mol/L時(shí)，鹽酸的回收率能達(dá)到95％;將卷式擴(kuò)散滲析膜組件與板框式膜組件的處理結(jié)果相比較，可以看出卷式膜組件的酸回收率較高、金屬離子泄漏率較低、裝填密度較高，但是兩者達(dá)到回收平衡的時(shí)間相似;經(jīng)濟(jì)衡算顯示卷式膜組件的投資-回報(bào)期只有16.5個(gè)月。
　　第三章為了提高擴(kuò)散滲析回收酸的濃度、降低擴(kuò)散滲析過程水的消耗量，將傳統(tǒng)電滲析膜過程與擴(kuò)散滲析膜過程集成用于處理模擬化成箔廢酸液。結(jié)果顯示:這種集成膜過程是一種從無機(jī)酸鹽中回收無

5、機(jī)酸的有效可行的方法;擴(kuò)散滲析過程的擴(kuò)散液流速與傳統(tǒng)電滲析電流大小可以調(diào)節(jié)兩者的處理能力大小關(guān)系;當(dāng)擴(kuò)散液流速為0.60 L/(m2·h)，擴(kuò)散滲析先于電滲析運(yùn)行10分鐘，電滲析電流為2A時(shí)，酸回收率和鋁離子泄漏率分別為74.9％和12.2％，能耗僅為0.41 kw·h;將集成膜過程與單一的擴(kuò)散滲析過程的處理結(jié)果比較可以看出集成膜過程的水消耗量較低、回收酸濃度較高，尤其是在擴(kuò)散液流速較大和回收時(shí)間較長的情況下，這種優(yōu)勢更為明顯。

6、　　第四章是在擴(kuò)散滲析膜組件兩端施加一個(gè)微電場（電輔助擴(kuò)散滲析），考察微電場是否能夠提高擴(kuò)散滲析過程的處理效率，結(jié)果顯示:擴(kuò)散液隔室與電源正極相連接這種加電方式對擴(kuò)散滲析的進(jìn)程比較有利，并且從能斯特-普朗克方程的角度對其做出了解釋;微電場對裝配奇數(shù)張膜的擴(kuò)散滲析過程比較有效，并且膜的張數(shù)越多，微電場的作用越不明顯;微電場對裝配偶數(shù)張膜的擴(kuò)散滲析過程作用不是很明顯;并且從根本上解釋了電輔助擴(kuò)散滲析與電解電滲析的區(qū)別。目前在工業(yè)應(yīng)用中，一般

7、而言，擴(kuò)散滲析膜堆包含了很多重復(fù)單元，因此電輔助擴(kuò)散滲析在實(shí)際應(yīng)用中還是存在一定的限制因素和瓶頸。
　　第五章是針對擴(kuò)散滲析過程中的水滲透現(xiàn)象，以單一的氯化鈉溶液作為考察對象，考察了擴(kuò)散液體積隨時(shí)間的變化曲線，并使用一元二次方程對其進(jìn)行擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)擬合結(jié)果比較令人滿意;同時(shí)，以膜兩側(cè)溶液的化學(xué)勢差作為傳質(zhì)推動(dòng)力推導(dǎo)傳質(zhì)方程、建立數(shù)學(xué)模型，使用PH2O、P'H2O和PNaCl、P'NaCl量化擴(kuò)散滲析過程，結(jié)果顯示隨著氯化鈉濃度的

8、增加，PNaCl和P'NaCl下降，而PH2O和P'H2O增加。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)修正因子λ=3.30和θ=2.37時(shí)，比較擴(kuò)散滲析的理論計(jì)算濃度的實(shí)際測量濃度發(fā)現(xiàn)P'H2O和P'NaCl是用來量化擴(kuò)散滲析過程時(shí)比較令人滿意的參數(shù)。
　　第六章是針對擴(kuò)散滲析過程中的水滲透現(xiàn)象，以單一的鹽酸溶液作為考察對象，考察了滲析液體積隨時(shí)間的變化曲線，并將變化曲線分為兩段分別使用一元二次方程對其進(jìn)行擬合;同時(shí)，以膜兩側(cè)溶液的化學(xué)勢差作為傳質(zhì)推

9、動(dòng)力推導(dǎo)傳質(zhì)方程、建立數(shù)學(xué)模型，結(jié)果顯示隨著鹽酸濃度的增加，PHCl和PH2O數(shù)值都有所上升，也即膜對氯化氫和水的滲析能力均升高。
　　第七章對全文進(jìn)行總結(jié)，并且展望擴(kuò)散滲析技術(shù)的未來。
　　總之，本論文的研究都為基礎(chǔ)性研究，如果想真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，還需要做實(shí)際料液成分的大規(guī)模試驗(yàn)，同時(shí)還需要凝聚政府、工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的力量，開發(fā)性能優(yōu)異的離子交換膜和膜組件用于擴(kuò)散滲析的應(yīng)用開發(fā)，提高擴(kuò)散滲析的回收性能與處理效率，減少擴(kuò)散滲