电去离子（edi）过程及其用于水中cu'2+离子的脱除与浓缩的研究

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1、天津大学博士学位论文电去离子（EDI）过程及其用于水中Cu<'2+>离子的脱除与浓缩的研究姓名：管山申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：王世昌20040701摘要电去离子归ectrodeionization,EDD，是结合离子交换膜与离子交换树脂，在直流电场的作用下实现连续去离子操作的一种新型分离过程，它能够在无需化学酸碱再生的条件下，对低浓度溶液进行深度脱盐。近年来，EDI在纯水生产领域获得了日益广泛的应用。本文考察了EDI对低浓度CUS04溶液中离子的脱除和浓缩性能，以评价EDI同时回收纯水和重金属的可能性。建立了以浓水部分循环方式操作的一级

2、两段6个膜对的EDI膜堆，有效膜面积为135cm2，考察了膜堆电压，淡水流量，循环比，原水浓度和pH值等因素对C了+离子的脱除和浓缩性能的影响。在一定的操作条件下，对于C矛十离子浓度为50mg/L的原料水，通过EDI处理后，其产出淡水电阻率可达2.2-5.6MQ.cm,CuZ十离子浓度低于仪器的检测限，脱除率>99.99%;浓水中CuZ十离子浓度可达800-1200mg/L。研究结果表明，EDI能够在不需化学再生的条件下实现对CuZ'离子的深度脱除和浓缩，有望成为具有巨大优越性的重金属废水回收技术。考察了各种不同的装置设计和操作条件对处理低浓度CUS0

3、4溶液的EDI过程的影响。研究表明，树脂的类型，混合比例及膜堆电压等对过程的正常运行产生影响。凝胶型树脂在电再生模式下变黑失效;过大的阴阳树脂比例导致树脂床层和膜面形成Cu(OH)2和Cu0沉淀;工作电压过高则造成金属铜在膜的表面还原沉积。在系统实验研究和理论分析的基础上，采用适当比例的大孔树脂，同时改善膜堆电阻，则可建立起连续，稳定的EDI运行条件。通过对实验过程的分析，证实EDI过程存在两种不同的运行模式。离子浓度较高的条件下，EDI在增强传质模式下运行，树脂保持为盐型，EDI的去离子作用主要通过树脂对离子传递的增强来实现;离子浓度很低时，EDI在

4、电再生模式下运行，树脂被电化学地再生为H型和OH型，过程相当于连续获得再生的混床离子交换。对这两种运行模式的基本过程特点做了进一步的分析讨论。建立了三维离子扩散一迁移模型，结合第二类电渗理论，描述了EDI过程的离子传递机理。离子交换树脂/膜与溶液界面层中高达108-109V/m的电势梯度，造成第二Wien效应，加速了水解离反应;而CuZ+离子参与质子传递反应，对水解离反应产生催化作用。两种因素的综合作用，导致EDI过程水解离的发生。本文工作首次在国内建立了EDI脱除和浓缩稀溶液中重金属离子的膜堆和实验体系，确立了连续稳定操作的条件，取得了重金属与纯水同

5、时回收的良好效果，同时系统分析了这一EDI新过程的运行模式和传质机理，为重金属废水处理EDI技术的进一步开发提供了理论和技术支持。关键词:电去离子离子交换树脂离子交换膜浓差极化水解离铜离子ABSTRACTElectrodeionization(EDI)isanovelseparationprocesscombiningionexchangeresinsandionexchangemembranesinastackedunitwhichiscapableofcontinuousdeionizationundertheinfluenceofaDCelect

6、ricfield.Electrodeionizationisconsistentwithamodelofacontinuousregeneratedmixedresinbedandiswell-suitedfordeepdeionizationofdilutesolutionswithoutchemicalregenerations.Inrecentyears,EDIhasbeenwidelyacceptedasacompetitivetechnologytoproducehighpuritywater.Inthispaper,performances

7、oftheEDIprocessfortheremovalandconcentrationofCu2+ionsfromdiluteCUS04solutionswereinvestigated.Thepurposeofthestudyistoevaluatetheviabilityoftherecoveryofbothhighpuritywaterandheavymetalsfromdiluteheavy-metal-ioncontainingwastewatersbytheEDIprocess.Alaboratorytwo-stageEDIunitwit

8、hsixcellpairswasbuiltforstudiesonthetreatmentof