板式钾离子筛膜的制备及其在电渗析过程中对海水钾的分离性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文板式钾离子筛膜的制备及其在电渗析过程中对海水钾的分离性能研究论文作者：齐珊珊学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：化学工艺指导教师：袁俊生职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalTechnologyTHESTUDYONTHESYNTHESISOFDISC-SHAPEDPOTASSIUMIONSIEVEMEMBRANEANDITSSEPA

2、RATIONPERFORMANCEOFPOTASSIUMINSEAWATERINELECTRODIALYSISPROCESSbyQiShanshanSupervisor:Prof.YuanJunshengMay2016摘要我国钾矿资源短缺，钾肥进口依赖度较高，而海水钾资源储量达550万亿吨，开发利用海水钾资源意义重大。目前沸石法海水提钾技术虽投入产业化应用，但也存在间歇式离子交换过程效率低，占地面积大等问题。因此，研究开发板式钾离子筛膜及其电驱离子筛膜组件，提高各离子的分离效率，对海水提钾技术的进一步提升有重要意

3、义。本实验在前人的基础上，利用二次水热合成法，在板式α-Al2O3基膜上，以n(Si):n(Al):n(模板剂):n(KOH):n(H2O)=36.8:8:1:24.8:771为原料配比，以正丁胺和二乙醇胺混合模板剂所得的钾离子筛为晶种，在200℃，24h下合成钾离子筛膜。考察了放置方式、合成时间、合成次数、模板剂以及流场对钾离子筛膜晶体生长的影响，并利用XRD、SEM、EDS和单一气体渗透测试进行表征，成功合成了厚度约为30μm-6mol·m-2·s-1·Pa-1，N致密均匀的钾离子筛膜，其H2渗透率为20.6

4、×102渗透率为8.1-6mol·m-2·s-1·Pa-1，α(H32×102/N2)=2.54，压差渗透系数为0.6180cm/(h·atm·cm)。电驱动实验结果表明，K+、Na+、Mg2+和Ca2+的渗透通量分别为852.61(平均值)mmol/(m2·h)、112.38mmol/(m2·h)、12.44mmol/(m2·h)、5.26mmol/(m2·h)，钾离子筛膜对钾离子的选择性系数分别为αK/Na=7.25、αK/Mg=69.85、αK/Ca=166.06；在直流电场的作用下，板式钾离子筛膜对钾离子

5、具有良好的选择分离性能。考察了电压、温度、浓度对钾离子筛膜的渗透通量及离子选择性能的影响。随着电压的增大，K+、Na+、Mg2+、Ca2+离子的迁移速率增大，离子的渗透通量增大，K+/Na+、K+/Mg2+、K+/Ca2+的离子选择性系数也均有提高；温度升高，离子热运动加剧，K+、Na+、Mg2+、Ca2+迁移速率增大，离子的渗透通量增大，离子选择性下降；等摩尔比增大KCl/NaCl、KCl/MgCl+、Na+、Mg2+、Ca2+2、KCl/CaCl2离子对混合溶液浓度，K的迁移速率随着浓度的增大而增大，离子的渗

6、透通量增大，离子选择性减小，但仍具有较高的选择性；钾离子筛膜在海水和浓海水中仍有较好的离子选择性能。在电渗析过程中，钾离子筛膜与阴膜共同作用，在海水和浓海水提钾方面，展示出了良好的应用性能。关键字：板式钾离子筛膜；电驱分离；电渗析；海水提钾；浓海水提钾IABSTRACTBecauseoflackofterrestrialpotassiumresourcesinChina,theimportdependenceofpotassiumfertilizerishigher.Butseawaterreservesof55

7、0trilliontonsofpotassiumresources,thedevelopmentofpotassiumresourcesinseawaterisofgreatsignificance.Atpresent,althoughtheextractingpotassiumfromseawatermethodwithzeolitemethodhadputintoindustrialapplication,theefficiencyislowintheintermittentionexchangeproces

8、sandlargeareawereoccupied.Therefore,thestudyontheplatepotassiumionsievemembraneanditselectricsievemembranemodule,couldimprovetheseparationefficiencyofions,andhasagreatsignificancetofurthe