文档介绍：电渗析
定义
电渗析是在外加直流电场作用下,利用离子交换膜的选择渗透性,使溶液(通常是水溶液)中有阴、阳离子作定向迁移,从而达到水中离子与水分离的一种物理化学过程。
在电极的阴、阳极之间,将阳离子交换膜与阴离子交换膜交替排列,井用特制的隔板符这两种膜隔开,隔板内行水流的通道。
进入淡室的含盐水,在两端电极接通直流电源后,即开始了电渗析过程;水中阳离子不断透过阳膜向阴极迁移,阴离子不断透过阴膜向阳极迁移,结果,含盐水逐渐变成淡化水。
而进入浓室的合盐水,由于阳离子不能迁移透过阴膜,阴离子迁移不能透过阳膜,于是,含盐水不断浓缩变成高浓度盐水。
电渗析的原理
这样,在整个电渗析设备中,出现了脱盐与浓缩两个系统。与此同时,在电极和溶液的界面上,通过氧化、还原反应,发生电子与离子之间的交换,即电极反应。
以食盐水为例,阴极还原反应为:

因此,在阴极不断有氢气排出,在阳极则不断有氧气或氯气排出。此时,阴极室溶液呈碱性,当水中有Ca2+、Mg2+或HCO3-等离子时,会生成CaCO3和Mg(OH)2沉淀,该沉淀会集结在阴极上甚至交换膜上,影响设备的运行及出水水质。在阳极室,由于溶液呈酸性,会对电极造成强烈的腐蚀。
中性膜的电渗析示意图
该系统以非选择性膜去代替阳离子或阴离子选择性股。事实上还可以用选择性程度不同的膜去代替阳离子或阴离子选择性膜。
电滗析
它被人们称为“电重力分离”或者“电滗析”,该系统的小室宽度较大(-),在其中电流诱导出的密度差,驱使水体缓慢的循环。制成水自小室顶部导出,而浓水则在小室底部流出。
最小需要能
从热力学论点出发,可以推到出电渗析最小需要能E的表达式如下:
N0是以当量/升为单位表示的离子物种浓度,f,P,C分别指进水流,制成水流和浓水流。能量E一般用千瓦·时/千加仑制成水的单位表示。
上式忽略了电极反应所消耗的功率,并且只考虑进水流,制成流和浓水流的自由能。因为在电渗析中存在着极化,室的电阻,同时电流效率总是小于100%,因此实际消耗的功率总是大于此公式算得的数值。
离子的选择性迁移
在电解质溶液上施加一个电场E后,离子就受一个电场作用力F:
F=zce0E
e0为电子电荷量,zc为离子物种的价。电场E将加快离子移向阳极或阴极的速度,移向哪一级应视zc的符号而定。
周围液体中的分子对于移动离子施加一个相反作用的摩擦阻力Ff,从而限定了离子移动的最终速度vi,如下式所示:
令ui为离子淌度,淌度的定义是单位电场强度的离子移动速度,据此得: