擴散滲析的理論與應用研究.pdf

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

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

3、擴散滲析處理模擬化成箔廢酸液。結果表明:酸回收率和鋁離子泄漏率隨著流速的增加而降低;擴散液與滲析液流速比控制在1.0左右時，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)卷式擴散滲析膜組件的性能是最佳的;原料液中的鹽酸濃度對擴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地增高;當滲析液與擴散液流速均為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，鹽酸的回收率能達到95％;將卷式擴散滲析膜組件與板框式膜組件的處理結果相比較，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，但是兩者達到回收平衡的時間相似;經(jīng)濟衡算顯示卷式膜組件的投資-回報期只有16.5個月。
　　第三章為了提高擴散滲析回收酸的濃度、降低擴散滲析過程水的消耗量，將傳統(tǒng)電滲析膜過程與擴散滲析膜過程集成用于處理模擬化成箔廢酸液。結果顯示:這種集成膜過程是一種從無機酸鹽中回收無

5、機酸的有效可行的方法;擴散滲析過程的擴散液流速與傳統(tǒng)電滲析電流大小可以調節(jié)兩者的處理能力大小關系;當擴散液流速為0.60 L/(m2·h)，擴散滲析先于電滲析運行10分鐘，電滲析電流為2A時，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散滲析過程的處理結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，尤其是在擴散液流速較大和回收時間較長的情況下，這種優(yōu)勢更為明顯。

6、　　第四章是在擴散滲析膜組件兩端施加一個微電場（電輔助擴散滲析），考察微電場是否能夠提高擴散滲析過程的處理效率，結果顯示:擴散液隔室與電源正極相連接這種加電方式對擴散滲析的進程比較有利，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散滲析與電解電滲析的區(qū)別。目前在工業(yè)應用中，一般

7、而言，擴散滲析膜堆包含了很多重復單元，因此電輔助擴散滲析在實際應用中還是存在一定的限制因素和瓶頸。
　　第五章是針對擴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，考察了擴散液體積隨時間的變化曲線，并使用一元二次方程對其進行擬合，結果發(fā)現(xiàn)擬合結果比較令人滿意;同時，以膜兩側溶液的化學勢差作為傳質推動力推導傳質方程、建立數(shù)學模型，使用PH2O、P'H2O和PNaCl、P'NaCl量化擴散滲析過程，結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。進一步研究發(fā)現(xiàn)，當修正因子λ=3.30和θ=2.37時，比較擴散滲析的理論計算濃度的實際測量濃度發(fā)現(xiàn)P'H2O和P'NaCl是用來量化擴散滲析過程時比較令人滿意的參數(shù)。
　　第六章是針對擴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行擬合;同時，以膜兩側溶液的化學勢差作為傳質推

9、動力推導傳質方程、建立數(shù)學模型，結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。
　　第七章對全文進行總結，并且展望擴散滲析技術的未來。
　　總之，本論文的研究都為基礎性研究，如果想真正實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，還需要做實際料液成分的大規(guī)模試驗，同時還需要凝聚政府、工業(yè)界、學術界的力量，開發(fā)性能優(yōu)異的離子交換膜和膜組件用于擴散滲析的應用開發(fā)，提高擴散滲析的回收性能與處理效率，減少擴散滲