電去離子過程的數(shù)學(xué)模擬的研究.pdf

1、電去離子(EDI)技術(shù)是一種將電滲析和離子交換法相結(jié)合的去離子新工藝，正逐漸成為超純水的制備和低濃度重金屬離子廢水處理的主流技術(shù)。但是，一些EDI核心問題，諸如EDI過程濃度極化對水解離的影響和水解離對EDI過程的分離率與電流效率的影響等方面至今仍無深入的研究，未建立起完善、合理的EDI基礎(chǔ)理論體系。
　　 我們對EDI過程進(jìn)行建模，通過對理論模型的求解獲得EDI中各物理參數(shù)的分布，對EDI中離子傳遞過程、離子交換過程和水解離過

2、程等進(jìn)行系統(tǒng)的描述，進(jìn)而闡述EDI陰陽膜水解離的差異性、膜面水解離對分離率和電流效率的影響以及水解離產(chǎn)物對鹽離子遷移的增強(qiáng)作用。水解離對鹽離子的分離起著極其重要的作用。目前研究者對水解離的認(rèn)識僅僅停留在“水解離使得樹脂再生，高樹脂轉(zhuǎn)化率是深度去離子的必要條件”上，但對這個(gè)必要性的討論很少。我們經(jīng)過計(jì)算和分析發(fā)現(xiàn)水解離雖然使得電流效率降低，但是它能增強(qiáng)鹽離子的遷移，從而增大鹽離子的分離率。陰膜界面水解離產(chǎn)物H+能增強(qiáng)陽鹽離子的傳遞，而陽膜

3、界面水解離產(chǎn)物OH-能增強(qiáng)陰鹽離子的傳遞。
　　 在淡室中單獨(dú)填充陽離子交換樹脂的EDI(CREDI)一般用于重金屬離子的去除。經(jīng)過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)CREDI的陰膜水解離電流密度要遠(yuǎn)高于陽膜，故陰膜水解離對陽鹽離子遷移的增強(qiáng)作用要大于陽膜水解離對陰鹽離子遷移的增強(qiáng)作用，因此陽離子分離率要遠(yuǎn)高于陰離子。CREDI目前存在的問題是電流效率低以及膜面沉淀污染嚴(yán)重。我們從水解離對離子遷移的增強(qiáng)角度出發(fā)，改進(jìn)床層樹脂填充方式，從淡室的進(jìn)口到出

4、口，依次填充陽樹脂、陰樹脂和混床樹脂。相比CREDI，在同一目標(biāo)去除率下，填充分層樹脂的EDI的電流效率增大，同時(shí)濃室內(nèi)膜面沉淀量顯著降低。
　　 在淡室中填充混合離子交換樹脂的EDI(MixEDI)一般用于生產(chǎn)超純水。目前研究者僅僅從工藝的角度來提高M(jìn)ixEDI的去除率和電流效率。我們從水解離的角度來分析由水解離造成的陰陽鹽離子分離率的差異。經(jīng)過計(jì)算和分析，我們發(fā)現(xiàn)MixEDI的陰陽膜水解離電流密度的差距要小于CREDI的，但

5、是陰膜水解離電流密度仍然高于陽膜，因此陽鹽離子的分離效率要高于陰鹽離子的。我們假設(shè)陽膜上也存在一定濃度的催化基團(tuán)，通過調(diào)整陽膜上催化基團(tuán)的濃度來調(diào)整陰陽離子分離率的差異，從而使得在較低的電流密度和較高的電流效率下達(dá)到目標(biāo)陰陽離子去除率。我們研究了陽膜上含有不同催化基團(tuán)濃度的MixEDI過程，經(jīng)過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)在陽膜上接枝催化基團(tuán)的濃度為陰膜上催化基團(tuán)濃度的1/2的時(shí)候，陰陽鹽離子去除率的差異顯著減小，MixEDI能在較高電流效率下同時(shí)獲得