一种电渗析杂盐资源化回用装置

技术领域

本发明涉及电渗析领域，尤其涉及一种电渗析杂盐资源化回用装置。

背景技术

双极膜电渗析是一种新型的电渗析技术，可从盐溶液制得相应的酸碱。利用不同性质的阴离子、阳离子交换膜组合而成的双极膜，在辅助中间层催化剂的帮助下，膜间水解离的电压仅为0.82V，远远小于普通电渗析的水分解电压(1.23V)。因此，相比与普通电渗析技术，双极膜电渗析技术具有较大的电能消耗优势。与电渗析技术类似，由于阴阳离子的荷电不同，盐溶液的离子在双极膜电渗析电场中的受力方向不同。结合阴阳离子交换膜，双极膜电渗析也可将盐溶液的离子分离。由单组分盐所制得的酸、碱的纯度接近普通电渗析。虽然双极膜电渗析具有上述优点，但仍无法直接处理多组分盐。以煤化工工业杂盐为例，其主要含NaCl与Na

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种针对杂盐废水的处理工艺，将杂盐中一价盐与多价盐酸分离，并同步产纯酸、纯碱的方法，所制备的纯酸碱可资源化回用。

为实现上述目的，本发明提供了一种电渗析杂盐资源化回用装置，通过电场力作用下驱动何负电盐离子透过PS-g-PE阴离子膜、荷正电盐离子透过阳离子交换膜；当杂盐中所含的氯离子和硫酸根离子透过阴离子膜上的聚吡咯修饰层时，聚吡咯所荷的负电荷排斥了荷负电的阴离子，而多价阴离子的电排斥力远高于单价阴离子，因此起到单价离子选择性透过而多价盐离子被截留的作用，即选择性一价/多价盐离子分离；透过阴离子交换膜的一价盐离子与双极膜产生的氢离子结合，形成纯酸；而透过阳离子交换膜的盐离子与双极膜产生的氢氧根结合，形成纯碱。

本发明的电渗析杂盐资源化回用装置包括阳极板、第一双极膜、酸槽隔板、阴离子交换膜、盐槽隔板、阳离子交换膜、碱槽隔板、第二双极膜、阴极板；其中，

所述阳极板与所述第一双极膜之间形成阳极板槽；

所述阴极板与所述第二双极膜之间形成阴极板槽；

所述第一双极膜与所述阴离子交换膜形成酸槽，所述酸槽隔板放置于所述第一双极膜与所述阴离子交换膜之间，所述酸槽连接酸泵，所述酸泵连接酸罐；

所述阴离子交换膜与所述阳离子交换膜形成盐槽，所述盐槽隔板放置于所述阴离子交换膜与所述阳离子交换膜之间，所述盐槽连接盐水泵，所述盐水泵连接盐水罐；

所述阳离子交换膜与所述第二双极膜形成碱槽，所述碱槽隔板放置于所述阳离子交换膜与所述第二双极膜之间、所述碱槽连接碱泵，所述碱泵连接碱罐；

所述阳极板槽，所述酸槽，所述盐槽，所述碱槽，所述阴极板槽并行排列，通过管道连接贯通，并连接与一电解液罐，所述电解液罐通过电解液泵进行驱动。

进一步地，所述第一双极膜、所述第二双极膜都分别包括阳离子面和阴离子面。

进一步地，所述阴离子膜为聚吡咯阴离子复合膜。

进一步地，所述聚吡咯阴离子复合膜包含聚吡咯薄膜涂层与阴离子交换膜基底。

进一步地，所述聚吡咯涂层厚度0.5～10μm。

进一步地，所述阴离子交换膜基底为PE-g-PS膜。

进一步地，所述酸槽，所述盐槽，所述碱槽各自连接有在线电导率检测仪。

进一步地，所述酸槽隔板，所述盐槽隔板和所述碱槽隔板分别为一组或多组三层复合隔板。

进一步地，所述酸槽隔板，所述盐槽隔板和所述碱槽隔板上部与下部分别设置导流通道，用于所述酸槽、所述盐槽和所述碱槽进出溶液。

进一步地，所述酸槽，所述盐槽，所述碱槽的工作电压设置为3.0～10.0V，所述阳极板和所述阴极板间的电压设置为3.0～30V。

本发明采用双极膜与选择性离子交换电渗析的组合不仅能进一步降低能耗，还可以一步法直接处理工业杂盐，制得工业纯碱与工业纯酸(通常为HCl等低价阴离子酸)。所制得的纯碱纯酸可回用于工业生产，实现工业杂盐的一步法资源化回用。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明的电渗析杂盐资源化回用装置结构示意图；

图2为本发明的电渗析杂盐资源化回用装置的原理图；

其中：

001-阳极板，002-阴极板，

100-盐槽，101-酸槽，102-碱槽，103阳极板槽，104-阴极板槽，

200盐槽隔板，201酸槽隔板，202碱槽隔板，

301阴离子交换膜，302阳离子交换膜，303-第一双极膜，304-第二双极膜，

400盐水泵，401酸泵，402碱泵，403电解液泵，

500盐水罐，501酸罐，502碱罐，503电解液罐。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

如图1所示，本发明的电渗析杂盐资源化回用装置，包括阳极板001、第一双极膜303、酸槽隔板201、阴离子交换膜301、盐槽隔板200、阳离子交换膜302、碱槽隔板202、第二双极膜304、阴极板002；其中，

第一双极膜303、第二双极膜304都分别包括阳离子面和阴离子面；

阴离子交换膜301为包含聚吡咯薄膜涂层与阴离子交换膜基底的聚吡咯阴离子复合膜，聚吡咯涂层厚度为0.5～10μm，阴离子交换膜基底为PE-g-PS膜；

酸槽隔板201、盐槽隔板200和碱槽隔板202分别为一组或多组三层复合隔板，其上部与下部分别设置导流通道，用于酸槽101、盐槽100和碱槽102进出溶液；

阳极板001与第一双极膜303之间形成阳极板槽103；

阴极板002与第二双极膜304之间形成阴极板槽104；

第一双极膜303与阴离子交换膜301形成酸槽101，酸槽隔板201放置于第一双极膜303与阴离子交换膜301之间，酸槽101连接酸泵401，酸泵401连接酸罐501，使用时酸罐501中的酸液经酸泵401驱动流入酸槽101，并从酸槽101另一端流回酸罐501形成一个自循环系统；

阴离子交换膜301与阳离子交换膜302形成盐槽100，盐槽隔板200放置于阴离子交换膜301与阳离子交换膜302之间，盐槽100连接盐水泵400，盐水泵400连接盐水罐500，使用时盐水罐500中的盐水液经盐水泵400驱动流入盐槽100，并从盐槽100另一端流回盐水罐500形成一个自循环系统；

阳离子交换膜302与第二双极膜304形成碱槽102，碱槽隔板202放置于阳离子交换膜302与第二双极膜304之间、碱槽102连接碱泵402，碱泵402连接碱罐502，使用时碱罐502中的碱液经碱泵402驱动流入碱槽102，并从碱槽102的另一端流回碱罐502形成一个自循环系统；

阳极板槽103，酸槽101，盐槽100，碱槽102，阴极板槽104并行排列，通过管道连接贯通，并连接于一电解液罐503，电解液罐503通过电解液泵403进行驱动，流经阴极板槽104，碱槽102，盐槽100，酸槽101，阳极板槽103后在流回电解液罐503形成一个循环系统。

各个隔板以及阴离子交换膜301，阳离子交换膜302之间上下各用两根双头螺丝钉，共四根连接，使用五角型的螺母双头拧紧卡住，使得膜堆能够正常运转，不漏水。

使用时酸槽101，盐槽100，碱槽102的工作电压设置为3.0～10.0V，阳极板001和阴极板002间的电压设置为3.0～30V。

以选取氯化钠和硫酸钠为待处理工业盐为例，电渗析杂盐资源化回用装置原理如图2所示，通过电场力作用下驱动氯离子与硫酸根离子向阳极板001移动、钠离子向阴极板002移动；双极膜在施加电源电压的情况下，能够轻易将膜界面内的水解离为氢离子和氢氧根离子；氯离子和硫酸根离子需透过由于阴离子交换膜301(聚吡咯复合膜)对氯离子的选择作用，截流硫酸根离子，使其留在盐溶液中，让能够透过阴离子交换膜301(聚吡咯复合膜)的氯离子与双极膜产生的氢离子结合，形成盐酸；透过阳离子交换膜302的钠离子与双极膜产生的氢氧根结合，形成氢氧化钠。

实施例1

实施例1采用电渗析杂盐资源化回用装置，如图1所示，将酸罐连接酸泵，碱罐连接碱泵，盐泵连接盐罐，电解液泵连接电解液罐，控制酸槽、碱槽、盐槽、电解液槽，开始实验前，首先要循环30min，确保反应各罐室内的气泡被排出。

处理对象为工业结晶盐出水模拟杂盐，模拟不同比例氯化钠硫酸钠处理效果，选取氯化钠和硫酸钠比例为1:1，3:1.19：1，其中硫酸钠的摩尔浓度恒定为0.02mol/L(pH7.0，电极液为3％的Na

待系统在线电导率值稳定后，并且无气泡排出，则可以外接直流电源箱，调节为恒流模式，调节电流分别为490mA，有效极板面积为98cm

启动反应后，每隔30min从酸罐和碱罐内取样，送入离子色谱进行分析，得到盐酸、硫酸的具体浓度和氢氧化钠的浓度，每个反应持续两小时。

本发明不同氯化钠和硫酸钠比例测定的结果对比如下：

表1 不同比例氯化钠/硫酸钠下产酸的浓度与纯度

表2 氯化钠/硫酸钠为19:1时长时间产酸的浓度与纯度

综上方法，可以将工业结晶杂盐资源化转化为相应较高浓度和纯度的酸和碱，可以选择调节调节反应区的pH值或者作为副产物出售。

实施例2

实施例2采用电渗析杂盐资源化回用装置，如图1所示，酸罐连接酸泵，碱罐连接碱泵，盐泵连接盐罐，电解液泵连接电解液罐，控制酸槽、碱槽、盐槽、电解液槽，开始实验前，首先要循环30分钟，确保反应各罐室内的气泡被排出。

处理对象为煤化工产业过程中产生的结晶杂盐，在室温25摄氏度下，将结晶杂盐溶解在500mL的烧杯中，通过磁力搅拌转速为400rpm，使其溶解完全。

待系统在线电导率值稳定后，并且无气泡排出，则可以外接直流电源箱，调节为恒流模式，电流密度分别为5.0mA/cm

启动反应后，每隔30min从酸罐和碱罐内取样，送入离子色谱进行分析，得到盐酸、硫酸的具体浓度和氢氧化钠的浓度，反应持续七个小时。

本发明煤化工结晶盐长时间产酸的浓度与纯度测定的结果对比如下：

表3 煤化工结晶盐长时间产酸的浓度与纯度

从以上结果可以看出，对于煤化工结晶杂盐，采用电渗析杂盐资源化回用装置，也可以达到比较高的盐酸纯度与浓度的回收。

实施例3

实施例3采用电渗析杂盐资源化回用装置，如图1所示，酸罐连接酸泵，碱罐连接碱泵，盐泵连接盐罐，电解液泵连接电解液罐，控制酸槽、碱槽、盐槽、电解液槽流速均为30mL/L，开始实验前，首先要循环30分钟，确保反应各罐室内的气泡被排出。

处理对象为RO反渗透浓水，将反渗透产生的浓水混盐浓度大约在70～100g/L。首先对浓水进行稀释，稀释倍数大约在2～3倍，之后得到25～30g/L的稀释混盐水。

待系统在线电导率值稳定后，并且无气泡排出，则可以外接直流电源箱，调节为恒流模式，电流密度分别为5.0mA/cm

启动反应后，每隔30min从酸罐和碱罐内取样，送入离子色谱进行分析，得到盐酸、硫酸的具体浓度和氢氧化钠的浓度，反应持续七个小时。

本发明反渗透浓水长时间产酸的浓度与纯度测定的结果对比如下：

表4 RO反渗透浓水长时间产酸的浓度与纯度

从以上结果可以看出，对于RO反渗透浓水，采用电渗析资源化回用装置，也可以达到比较高的盐酸纯度与浓度的回收。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。