一种电渗析装置和利用电渗析装置分离碱和盐的方法与流程

本发明涉及资源回收利用技术领域，特别涉及一种电渗析装置和利用电渗析装置分离碱和盐的方法。

背景技术：

很多行业，如冶金行业、化纤行业、钢铁行业、电镀行业等，在生产过程中会产生大量的含金属盐的废碱溶液。

现有技术通常采用扩散渗析装置(dd)分离碱和盐，但是扩散渗析装置主要依靠浓度差进行分离，在应用中存在着很多弊端，主要有：(1)对待处理液的浓度要求较高，只对高浓度的废碱液有效；(2)分离的效率低；(3)对废碱液的处理量小；(4)处理后的废碱液无利用渠道。因此，采用扩散渗析装置分离碱和盐存在明显的局限性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电渗析装置和利用电渗析装置分离碱和盐的方法。采用本发明提供的电渗析装置处理碱和盐的混合液，可针对低碱浓度的混合液进行碱和盐的分离回收，而且分离效率高，处理量大，无废碱液产生。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种电渗析装置，从左到右，包括依次设置的阳极、阳极隔板、阳离子交换膜、隔板b、若干重复膜单元、双极膜、隔板a、阳离子交换膜、阴极隔板和阴极；

从左到右，所述膜单元包括依次设置的双极膜、隔板a、阳离子交换膜和隔板b；所述双极膜的阴面朝向所述阳极。

优选地，所述膜单元的个数为5～30个，相邻膜单元为叠加设置。

优选地，所述隔板a和隔板b均含有隔板流道；所述阳极隔板和阴极隔板均为无流道隔板。

优选地，所述阳极隔板和阳极构成阳极隔室；所述阴极隔板和阴极构成阴极隔室；

所述隔板a的隔板流道设置为碱和盐混合溶液循环进出流道；所述隔板b的隔板流道设置为碱溶液循环进出流道。

优选地，从左到右，所述膜单元依次划分为两个隔室；其中，隔室一的的左侧为双极膜，右侧为阳离子交换膜；隔室二的左侧为阳离子交换膜，右侧为下一个膜单元的双极膜；所述隔板a的隔板流道作为隔室一的流道；所述隔板b的隔板流道作为隔室二的流道。

本发明提供了利用以上方案所述电渗析装置分离碱和盐的方法，包括以下步骤：

向所述电渗析装置中分别通入电极液、碱和盐混合溶液和纯水，开泵打循环，在恒电压条件下进行电渗析，分别得到碱溶液和盐溶液。

优选地，所述电极液分别通入阳极隔室和阴极隔室中；所述碱和盐混合溶液通入隔室一中；所述纯水通入隔室二中；

所述得到的碱溶液和盐溶液分别从隔室二和隔室一流出。

优选地，所述碱和盐混合溶液、纯水和电极液的体积比为3:(2.0～3.0):(1.5～2.5)；开泵打循环后，所述碱和盐混合溶液、纯水和电极液的流量独立地为100～400l/h。

优选地，所述碱和盐混合溶液中碱的质量浓度为1～30％；所述电极液的质量浓度为1～10％。

优选地，所述电渗析过程中对每个膜单元施加的电压为1.0～3.5v，电流密度为100～900a/m²。

本发明提供了一种电渗析装置，从左到右，包括依次设置的阳极、阳极隔板、阳离子交换膜、隔板b、若干重复膜单元、双极膜、隔板a、阳离子交换膜、阴极隔板和阴极；从左到右，所述膜单元包括依次设置的双极膜、隔板a、阳离子交换膜和隔板b；所述双极膜的阴面朝向所述阳极。在电场的作用下，碱和盐混合溶液中的阳离子透过阳离子交换膜往阴极方向移动，与水通过双极膜解离出的氢氧根离子结合形成碱；而碱和盐混合溶液中的氢氧根离子与水通过双极膜解离出的氢离子中和，从而实现碱和盐的分离。采用本发明提供的电渗析装置分离碱和盐，分离效率高，分离出的碱的纯度以及碱的回收率均明显提高；并且，靠电进行离子迁移，对碱和盐混合液的处理量大；此外，靠近阴极和阳极的膜设置为阳离子交换膜，可防止双极膜被氧化，从而提高电渗析装置中膜的运行寿命。进一步地，本发明提供的电渗析装置可针对低碱浓度的混合液进行碱和盐的分离回收，对待处理液的浓度要求显著降低。因此，本发明提供的电渗析装置可高效地用于碱和盐的分离。实施例结果表明，采用本发明提供的电渗析装置进行碱和盐的分离，分离出的碱的纯度可达99％以上，碱的回收率可达98％以上。

附图说明

图1为本发明提供的电渗析装置的结构示意图，其中，1为阳极，2为阳极隔板，3为阴极，4为阴极隔板，5为阳离子交换膜，6为隔板b，7为双极膜，8为隔板a；

图2为本发明提供的电渗析装置分离碱和盐的原理示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种电渗析装置，从左到右，包括依次设置的阳极、阳极隔板、阳离子交换膜、隔板b、若干重复膜单元、双极膜、隔板a、阳离子交换膜、阴极隔板和阴极；

从左到右，所述膜单元包括依次设置的双极膜、隔板a、阳离子交换膜和隔板b；所述双极膜的阴面朝向所述阳极。

本发明提供的电渗析装置的结构示意图如图1所示，其中，1为阳极，2为阳极隔板，3为阴极，4为阴极隔板，5为阳离子交换膜，6为隔板b，7为双极膜，8为隔板a。

在发明中，靠近阴极和阳极的膜设置为阳离子交换膜，可防止双极膜被氧化，从而提高电渗析装置中膜的运行寿命。

在本发明中，所述膜单元的个数优选为5～30个；所述膜单元的个数可根据实际需要和装置尺寸进行增减。在本发明中，相邻膜单元为叠加设置，即膜单元之间是连续排布的，以2个膜单元为例，其叠加的形式为双极膜-隔板a-阳离子交换膜-隔板b-双极膜-隔板a-阳离子交换膜-隔板b。

在本发明中，所述隔板a和隔板b优选均含有隔板流道；所述阳极隔板和阴极隔板优选均为无流道隔板。在本发明中，所述阳极隔板和阳极优选构成阳极隔室；所述阴极隔板和阴极优选构成阴极隔室。在本发明中，所述隔板a的隔板流道设置为碱和盐混合溶液循环进出流道；所述隔板b的隔板流道设置为碱溶液循环进出流道。

在本发明中，从左到右，若干叠加排列的膜单元优选依次划分为两个隔室；其中，隔室一的的左侧为双极膜，右侧为阳离子交换膜；隔室二的左侧为阳离子交换膜，右侧为下一个膜单元的双极膜，依次类推。在本发明中，从左到右，靠近阳极的阳离子交换膜与第一个膜单元的双极膜构成隔室二；最后一个膜单元的阳离子交换膜与之后的双极膜(即最靠近阴极的双极膜)和靠近阴极的阳离子交换膜之间构成隔室二和隔室一。在本发明中，所述隔板a的隔板流道作为隔室一的流道；所述隔板b的隔板流道作为隔室二的流道。

本发明对所述双极膜和阳离子交换膜的具体种类以及尺寸没有特别的限定，采用本领域熟知的双极膜和阳离子交换膜即可。在本发明具体实施例中，所述双极膜和阳离子交换膜的尺寸具体为200mm×400mm，单张膜的有效面积为0.0527m²。

本发明对所述阳极、阴极和隔板的具体种类以及尺寸没有特殊的限定，采用本领域熟知的阳极、阴极和隔板即可。在本发明具体实施例中，所述阴极和阳极为钛涂钌铱电极；所述隔板的材质为聚丙烯，所述隔板的厚度为0.07cm，有效宽度为17cm。

本发明提供了利用以上方案所述电渗析装置分离碱和盐的方法，包括以下步骤：

向所述电渗析装置中分别通入电极液、碱和盐混合溶液和纯水，开泵打循环，在恒电压条件下进行电渗析，分别得到碱溶液和盐溶液。

在本发明中，所述电极液优选分别通入阳极隔室和阴极隔室中；所述碱和盐混合溶液通入隔室一中；所述纯水通入隔室二中；所述得到的碱溶液和盐溶液分别从隔室二和隔室一流出。

在本发明中，所述碱和盐混合溶液、纯水和电极液的体积比优选为3:(2.0～3.0):(1.5～2.5)，更优选为3:2:2。在本发明中，开泵打循环后，所述碱和盐混合溶液、纯水和电极液的流量优选独立地为100～400l/h，更优选为150l/h。在本发明中，所述碱和盐混合溶液中碱的质量浓度优选为1～30％；所述电极液的质量浓度优选为1～10％。在本发明中，所述碱优选为氢氧化物形式的碱。本发明对所述碱和盐混合溶液的来源没有特殊的限定，采用本领域熟知的来源即可；本发明可针对低碱浓度的混合液进行碱和盐的分离回收，对待处理液的浓度要求显著降低。本发明对所述电极液没有特别的要求，采用本领域熟知的电极液即可，在本发明具体实施例中，所述电极液为氢氧化钠溶液。

在本发明中，所述电渗析过程中对每个膜单元施加的电压优选为1.0～3.5v，更优选为1.5～2.0v；电流密度优选为100～900a/m²，更优选为300～500a/m²。本发明对于所述电渗析的时间没有特殊的限定，在实际处理过程中，根据膜单元的个数和处理能力，保证最终能够得到符合要求的目标产物即可。在电渗析的具体实施过程中，本发明还优选通过对碱和盐侧的ph进行实时监控来控制电渗析的反应进程，从而控制碱和盐的分离进程；随着反应的进行，当隔室一中的ph降到7～13之间时分离即可结束。

利用本发明提供的电渗析装置分离碱和盐的原理示意图如图2所示，初始情况下，向隔室一中通入碱和盐混合溶液，向隔室二中通入纯水，开泵打循环，当各溶液在所需流量范围内稳定循环后，对所述电渗析装置施加恒电压进行电渗析。在电场的作用下，碱和盐混合溶液中的阳离子透过阳离子交换膜往阴极方向移动，与水通过双极膜解离出的氢氧根离子结合形成碱从隔室二流出；而碱和盐混合溶液中的氢氧根离子与水通过双极膜解离出的氢离子中和，盐溶液则从隔室一流出，从而实现碱和盐的分离；分离出的碱溶液和盐溶液可进一步通过蒸发处理最终得到碱产品和盐产品。采用本发明提供的电渗析装置进行碱和盐的分离，分离出的碱的纯度可达99％以上，碱的回收率可达98％以上，分离效率高，几乎无废碱液产生。

下面结合实施例对本发明提供的电渗析装置和利用电渗析装置分离碱和盐的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

采用本发明提供的电渗析装置(结构如图1所示)进行分离实验，所述电渗析装置中包括8个膜单元，膜的规格200mm×400mm，单张膜的有效面积为0.0527m²，8个膜单元的总有效面积为0.4216m²；隔板厚度为0.07cm，隔板有效宽度为17cm，隔板的材质为聚丙烯材料；阴极和阳极均为钛涂钌铱电极；阴极液和阳极液为浓度为0.5mol/l的氢氧化钠溶液。

将经过预处理的质量含量为5％的氢氧化钠和1％的硫酸钠混合废水3l通入电渗析装置的隔室一中，隔室二中通入纯水3l，开泵打循环，控制各液流的流量为120l/h；当流量稳定后，施加恒电压20v进行电渗析30min；电渗析完成后，所述电渗析装置的隔室一产出硫酸钠溶液，隔室二产出氢氧化钠溶液，然后经蒸发处理，最终得到碱和盐的分离产物。

根据实验数据和检测数据可计算出本实例的每个膜单元的电压为1.80v，电流密度为400a/m²，目标产物氢氧化钠含量为4.5％，纯度为99.2％，氢氧化钠的回收率为98.5％，硫酸钠含量为1.1％，电流效率为70％，产出每吨氢氧化钠的能耗为2100千瓦时。

实施例2

按照实施例1的步骤进行电渗析，将经过预处理的质量含量为10％的氢氧化钾和2％的氯化钾混合废水3l通入隔室一，隔室二通入3l纯水，电渗析时间为50min；电渗析完成后，所述电渗析装置的隔室一产出氯化钾溶液，隔室二产出氢氧化钾溶液，然后经蒸发处理，最终得到碱和盐的分离产物。

根据实验数据和检测数据可计算出本实例的每个膜单元的电压为1.92v，电流密度为425a/m²，目标产物氢氧化钾含量为7.5％，纯度为99.1％，氢氧化钾的回收率为99.1％，氯化钾含量为2.3％，电流效率为75％，产出每吨氢氧化钾的能耗为1450千瓦时。

本发明以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。