离子交换电渗析

1. 试分析电渗析分离法与离子交换分离法和电泳分离法的区别与联系

一类单元操作的传质为各种均匀混合物的主要理论依据。早在公元前，人们会知道从矿石，这是最早的传质应用中的分离过程的植物提取金属和药品的方法。在现代化工产业的发展过程中，质量分离过程中发挥了特别重要的作用。如：传质分离，得到氮纯氢气体混合物，氨的工业生产，能够;的原油被分离，以获得各种燃料油，润滑油和石化原料，这是基础石化;类似地，无分离和纯化，以获得高纯度的乙烯，丙烯，丁二烯，氯乙烯单体，就不可能生产出各种合成树脂，合成橡胶，纤维和合成纤维。几乎没有一个化学生产过程中不需要的原料或反应产物分离和纯化。用作传质分离装置参天塔是化工厂的最明显的迹象，并在分离过程的传质的应用不限于化学工业中，范围例如核工业用各种分离方法提取核燃料，以及治疗后的废物。它可以在现代生活中可以说，从航天飞机到海底，从生物的化学物质对环境的保护，从所述混合物分离分不开的。
通过物理和化学原理，在工业和质量分离的分离过程通常使用可分为平衡和速率分离分为两类：由单独的媒体的装置
平衡分离方法（如热，溶剂和吸附剂） ，以使所有相混合物体系的两相系统中，然后在混合物中的成分是在这两个阶段的相位平衡是不等同于根据所取得的分离的分配。根据状态可分为两个阶段：①气体（蒸汽）的液体传质过程，如蒸馏，吸收; ②液 - 液传质过程，诸如萃取; ③气（汽）固传质过程，如吸附，色层分离，分离泵参数; ④液固传质过程，如浸出，吸附，离子交换层析，分离和泵的其它参数。在这两个阶段的时候
平衡，您可以使用平衡的比例（或分配系数）文的关系，组分浓度，说：
其中yi和喜表示分两期组分i的浓度。对于命名为x和y相，根据气体或称为相汽相，萃取液萃取为y相的吸收，蒸馏的习惯。在一般情况下，平衡比取决于两相的组合物的温度和压力线的特性。 Ki和KJ的比例的两种组分的i和j平衡比称为分离因子αij：
在一些传质分离的过程中，该分离因子往往有专门的名称。例如：被称为蒸馏的相对挥发;被称为选择性提取系数。平衡一般比文价值观的分子较大，所以αij大于一。只要这两种组分的平衡比是不相等的（即αij≠1），可以通过平衡分离方法来分离，αij越大越容易分离。均衡的比例，最系统的分离系数并不大，平衡，可实现一次接触分离是非常有限的，你需要采取行动，以提高多级逆流分离。以适应各种系统和操作条件和分离的要求，以提供多种不同类型的传质设备中的相应的使用。下，在分离过程中的驱动力
率（密度差，压力差，温度差，像差量的电势）的效果，有时具有选择性渗透膜，利用各成分的扩散率，实现组间差异的分离点。原料及这些方法的加工产品通常属于相同的相位，只在该组合物的差异。的分离方法的速率可分为：①膜分离，如超滤，反渗透，渗析和电渗析。 ②场分离，如电泳，热扩散，超速离心分离。
差分分离膜分离和场：前者与分离两种流体的膜，后者不被挪用。不同类型的分离过程率，分别使用不同的设备和不同的方法来设计的计算和操作控制。
Outlook和质量分离过程蒸馏，吸附，萃取，有些单位已与经营的非常广泛的悠久历史，并进行了大量的研究，积累了丰富的运作经验和信息。但是，进一步研究这些过程的机理和传质规律，高效传质设备，研究开发和掌握他们的放大规律，改进和其他设备的设计计算方法，仍然有许多工作要做。能耗和大规模分离过程，并且常常构成了单位能耗的主要部分，因此降低了能源消耗和质量分离的过程中，引起了普遍的关注。膜分离是一个新的领域，一类分离，稀溶液处理的分离，生化产品，节约能源，不污染产品，已显示出其优越性。研究和开发新的分离方法的开发，在组合使用，以提高工作效率，以及利用化学反应的要被分离的各种分离方法，是非常值得关注的发展方向。

2. 电渗析的原理

莱特、莱德、电渗析法是利用电场的作用，强行将离子向电极处吸引，致使电极中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的一种方法。一般情况下水中离子都可以自由通过交换膜，除非人工合成的大分子离子。电渗析与电解不同之处在于：电渗析的电压虽高，电流并不大，维持不了连续的氧化还原反应所需;电解却正好相反。电渗析广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸、海水淡化、环境保护等领域。

电渗析法(electrodialysis【ED】)是利用离子交换膜进行海水淡化的方法。离子交换膜是一种功能性膜，分为阴离子交换膜和阳离子交换膜，【简称阴膜和阳膜】。阳膜只允许阳离子通过阴膜只允许阴离子通过，这就是离子交换膜的选择透过性。在外加电场的的作用下，水溶液中的阴，阳离子会分别向阳极和阴极移动，如果中间再加上一种交换膜，就可能达到分离浓缩的目的。电渗析法就是利用了这样的原理。电渗析离子交换膜一.用途：聚乙烯异相离子交换膜含有足够的固定基团和可解离的离子，对溶液中离子具有一定的选择透过性和导电性，广泛应用于电化学部门中，分离不同类型的离子。例如海水、苦咸水的淡化，溶液的脱盐浓缩，电解制备无机化合物以及放射性元素的回收提纯，锅炉用水的软化脱盐，冶金、煤炭、电子、医药、化工、食品等工业品处理。[1]
二.外观：聚乙烯异相离子交换膜应平整均匀，无明显的机械损伤(折伤)，无脱网轧皱、不允许有影响质量的杂质存在。三.规格：3361BW阳膜外观为棕黄色，3362BW阴膜为兰色。聚乙烯异相离子交换膜外型尺寸规格如下：厚度：0.42mm厚度允许公差：土0.04mm(干态)有效面积：≥800mm×1600mm离子交换膜含有足够的固定基团和可解离的离子，对各种离子具有一定的选折性和导电率，广泛应用于电化学部门中，分离不同类型的离子。例如海水、苦咸水的淡化，溶液的脱盐浓缩，电解制借无机化合物以及放射性元素的回收提纯，锅炉水的软化脱盐，电子、医药、化工、食品、煤炭，冶金等工业品处理。四、使用说明：1、贮运过程中不应受到日晒雨淋及机械损伤，贮存库房应清洁阴凉，干燥通风。2、阴离子、阳离子交换膜在裁剪前必须分别在规定的溶液中浸泡48小时，即根据需处理的原水水质分析资料，配制成原水浓度溶液为阳膜浸泡液;配制成相当于电渗析出口淡水浓度为阴膜浸泡液。3、按隔板尺寸裁剪打孔，膜面积应略小于隔板面积。由于使用后阳膜稍有收缩性，阴膜仍有膨胀性，故可将在清水中浸泡的膜再作进一步处理⑴阴膜可再浸入水质较淡或纯水中再收缩。⑵阳膜浸泡膨胀后再浸入食盐水中再收缩。4、酸洗应根据膜面结垢的程度而定，盐酸浓度不宜超过3%，开始酸洗时如盐酸消耗较快，须补充盐酸，直至不再消耗盐酸为止(约1~2小时)酸洗完毕，用原水冲至出水PH=4~5(约10分钟)后，可投入运行(淡水、浓水、极水三个系统应及时清洗)。

3. 生产饮料用水,水中溶解杂质常用的去除方法有石灰软化法,离子交换软化法,电渗

水中溶解性抄杂质的去除袭方法有：石灰软化法、石灰苏打软化法、离子交换法、电渗析法、反渗透法和超滤法等。
水质处理的方法和步骤应根据不同的水源及水质要求而进行：
1、水中悬浮物杂质的去除方法有：混凝沉降与过滤。

2、水中溶解性杂质的去除根据要求的不同处理方法不同，如对水仅要求软化，其方法有：石灰软化法，石灰苏打软化法；如对水要求除盐，其方法有：离子交换法、电渗析法、反渗透法和超滤法等。

4. 海水淡化中的电渗析法和离子交换法具体如何理解请详细解释

离子交换法制淡水是将海水中所有离子全部吸附在离子交换树脂上，也就是说离内子交换树脂将容海水中的“离子”几乎全部“截流”了；而电渗析法是利用电场的作用，强行将离子向电极处吸引，致使电极中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的。
一般情况下水中离子都可以自由通过交换膜，除非人工合成的大分子离子。
电渗析与电解不同之处在于：电渗析的电压虽高，电流并不大，维持不了连续的氧化还原反应所需；电解却正好相反。

5. 电渗析法的基本原理

电渗析器来中交替排列着许多阳膜和源阴膜，分隔成小水室。当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。结果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。
电渗析和离子交换相比，有以下异同点：
（1）分离离子的工作介质虽均为离子交换树脂，但前者是呈片状的薄膜，后者则为圆球形的颗粒；
（2）从作用机理来说，离子交换属于 离子转移置换，离子交换树脂在过程中发生离子交换反应。而电渗析属于离子截留置换，离子交换膜在过程中起离子选择透过和截阻作用。所以更精确地说，应该把离子交换膜称为离子选择性透过膜；
（3）电渗析的工作介质不需要再生，但消耗电能；而离子交换的工作介质必须再生，但不消耗电能。

6. 电渗析的方法特点

①可以同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、提纯作用；
②可以用于蔗糖等非电解质的提纯，以除去其中的电解质；
③在原理上，电渗析器是一个带有隔膜的电解池，可以利用电极上的氧化还原效率高。
四、在电渗析过程中，也进行以下次要过程
①同名离子的迁移，离子交换膜的选择透过性往往不可能是百分之百的，因此总会有少量的相反离子透过交换膜；
②离子的浓差扩散，由于浓缩室和淡化室中的溶液中存在着浓度差，总会有少量的离子由浓缩室向淡化室扩散迁移，从而降低了渗析效率；
③水的渗透，尽管交换膜是不允许溶剂分子透过的，但是由于淡化室与浓缩室之间存在浓度差，就会使部分溶剂分子（水）向浓缩室渗透；
④水的电渗析，由于离子的水合作用和形成双电层，在直流电场作用下，水分子也可从淡化室向浓缩室迁移；
⑤水的极化电离，有时由于工作条件不良，会强迫水电离为氢离子和氢氧根离子，它们可透过交换膜进入浓缩室；
⑥水的压渗，由于浓缩室和淡化室之间存在流体压力的差别，迫使水分子由压力大的一侧向压力小的一侧渗透。显然，这些次要过程对电渗析是不利因素，但是它们都可以通过改变操作条件予以避免或控制。

7. 离子交换原理

离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。 离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。以D113型离子交换树脂制备硫酸钙晶须为例说明： D113丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂是一种大孔型离子交换树脂，其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道，孔道里面充满了水分子，在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当硫酸锌溶液中的Zn2+，S042-扩散到树脂的孔道中时，由于该树脂对Zn2+选择性强于对Ca2+的选择性，，所以Zn2+就与树脂孔道中的交换基团Ca2+发生快速的交换反应，被交换下来的Ca2+遇到扩散进入孔道的S042-发生沉淀反应，生成硫酸钙沉淀。其过程大致为：
(1)边界水膜内的扩散 水中的Zn2+，S042-离子向树脂颗粒表面迁移，并扩散通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面； (2)交联网孔内的扩散(或称孔道扩散) Zn2+，S042-离子进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点；
(3)离子交换 Zn2+与树脂基团上的可交换的Ca2+进行交换反应；
(4)交联网孔内的扩散 被交换下来的Ca2+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散；部分交换下来的Ca2+在扩散过程中遇到由外部扩散进入孔径的S042-发生沉淀反应，生成CaS04沉淀；
(5)边界水膜内的扩散 没有发生沉淀反应的部分Ca2+扩散通过树脂颗粒表面的边界水膜层，并进入水溶液中。 此外，由于离子交换以及沉淀反应的速度很快，硫酸钙沉淀基本在树脂的孔道里生成，因此树脂的孔道就限制了沉淀的生长及形貌，对其具有一定的规整作用。通过调整搅拌速度、反应温度等外界条件，可以使树脂颗粒及其内部孔道发生相应的变化，这样当沉淀在树脂孔道中生成后，就得到了不同尺寸和形貌的硫酸钙沉淀。

8. 海水淡化方法中的:电渗析法及离子交换法的流程

电渗析法：水中的离子在直流电场的作用下，可通过半透膜。最初的惰性半透膜电渗析法，主要用于溶胶的提纯，电流效率很低。到了20世纪50年代初，由于选择性离子交换膜向世，才能够用电渗析法淡化海水或苦咸水。脱盐用的选择性离子交换膜有两种：①阳膜，只允许阳离子透过的阳离子交换膜；②阴膜，只允许阴离子透过的阴离子交换膜。使阴膜和阳膜交替排列，中间衬以隔板（其中有水流通道），夹紧之后，在两端加上电极,就成电渗析脱盐装置。 电渗析法原理图 点击此处查看全部新闻图片 当海水流经电渗器时，在直流电场的作用下，阴离子透过阴膜向阳极方向迁移，途中被阳膜挡住去路，被水流冲洗而出；阳离子透过阳膜向阴极方向迁移，途中被阴膜挡住，也被水流冲出。透过阳膜或阴膜的水为淡水。结果，从大约一半的夹层流出的水为淡水，从另一半流出的则为浓缩的海水。 电渗析脱盐所用的半透膜，除要求电阻低、透过的选择性高、交换容量大和水的电渗小之外，还要求有一定的机械强度、尺寸不变和化学稳定性高等。 在电渗析脱盐过程中，反离子（电荷与膜内交换基团相反的离子）在膜内的迁移速度比在溶液里大，致使淡化夹层的内膜半身，溶液界面上的离子浓度低于主体溶液浓度而形成浓度差。当电流升至某值时，扩散迁移的离子不足以补充界面上离子的缺额，而使界面浓度趋近于零，这时的电流称为极限电流。如再增加电流，就会迫使界面上的水分子解离,由解离出的H和OH来承担超过极限值那部分电流的输送。这种现象称为极化现象。这不仅使电流白白消耗在无助于脱盐的 H和OH的迁移上，而且会引起溶液的pH值发生变化，使钙盐镁盐之类的离子浓度的乘积超过溶度积，而在浓缩海水夹层的阴膜和阳膜的表面沉淀，阻塞水流通道，甚至被迫停机拆洗。防止极化沉淀的根本措施，是设法增加夹层溶液的搅拌作用和布水的均匀性，并把操作电流控制在极限电流之下。此外，定期倒换电极的极性，在浓缩海水夹层中加酸和进行不拆装的化学清洗等，均能延长运转周期。

9. 渗析使用的半透膜是一种离子交换膜吗

电渗析使用的半渗透膜其实是一种离子交换膜。这种离子交换膜按离子的电荷性质可分为阳离子交换膜(阳膜)和阴离子交换膜(阴膜)两种。在电解质水溶液中，阳膜允许阳离子透过而排斥阻挡阴离子，阴膜允许阴离子透过而排斥阻挡阳离子，这就是离子交换膜的选择透过性。在电渗析过程中，离子交换膜不像离子交换树脂那样与水溶液中的某种离子发生交换，而只是对不同电性的离子起到选择性透过作用，即离子交换膜不需再生。电渗析工艺的电极和膜组成的隔室称为极室，其中发生的电化学反应与普通的电极反应相同。阳极室内发生氧化反应，阳极水呈酸性，阳极本身容易被腐蚀。阴极室内发生还原反应，阴极水呈碱性，阴极上容易结垢.

利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子(如离子)的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子(如离子)通过膜而迁移的现象称为电渗析。利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法，它是20世纪50年代发展起来的一种新技术，最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中处理三废最受重视，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。

10. 海水中获取淡水的方法主要有电渗析法、离子交换法

A．因水的沸点较低，来可用蒸自馏法得到蒸馏水，实现海水淡化的目的，故A不选；
B．电解时，分别在两极生产氧气和氢气，不能得到纯净的水，故B选；
C．利用电渗析法可使相应的离子通过半透膜以达到硬水软化的效果，故C不选
D．通过离子交换树脂可以除去海水中的离子，从而达到淡化海水的目的，故D不选．
故选B．