【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业废液中的盐分再利用领域，具体的，本专利技术提供了一种用双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐的方法。主要涉及一种降低双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐的能耗、提高电流效率和脱盐速率，同时联产与强酸强碱盐/弱酸强碱盐的强碱阳离子对应的盐的方法。
技术介绍
1、离子交换膜是具有离子选择性透过功能的薄膜，其能让与膜上固定基团电性相反的离子透过，而阻挡与膜上固定基团电性相同的离子。即，阳离子交换膜(以下简称阳膜)可以让带正电的离子透过，而阻挡带负电的离子；阴离子交换膜(以下简称阴膜)可以让带负电的离子透过，而阻挡带正电的离子。双极膜是一种具有特殊功能的离子交换膜，它能在电场作用下使膜内水分子解离成h+和oh-并释放到膜外。双极膜释放h+的一面称为阳面，释放oh-的一面称为阴面。当双极膜与阴、阳离子交换膜组合使用，双极膜电渗析可以把盐再生成对应的酸和碱，同时料液实现脱盐。
2、图1为常规“酸-盐-碱”三室双极膜电渗析的膜堆结构和以硫酸钠为例的离子迁移示意图。其中am为阴离子交换膜，cm为阳离子交换膜，bm为双极膜；am与cm之间的隔室称为盐室，盐室初始加入含盐料液(如硫酸钠的水溶液)；am和bm阳面之间的隔室不断有h+生成，称为酸室，酸室初始可加入水或稀酸；cm和bm阴面之间的隔室不断有oh-生成，称为碱室，碱室初始可加入水或稀碱；极室不参与酸碱再生，只发生电极反应，极室内加入极室液以辅助排出电极反应废弃物。在电场作用下，双极膜内的水分子解离成h+和oh-，分别透过双极膜的阳面和阴面向阴极和阳极移动进入酸
3、然而，由于oh-在水溶液中的迁移活性显著高于其他阴离子，阳离子交换膜对oh-的阻挡效果有限，随碱室再生碱液浓度升高，阳离子交换膜两侧(碱室和盐室之间)oh-浓差增大，碱室内oh-极易透过阳离子交换膜“漏进”盐室。而且，碱室碱液浓度(主要指游离oh-浓度)越高，oh-泄漏越严重。这直接导致三室双极膜电渗析到目前为止处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐时难以再生得到高的碱浓度，再生碱浓度一般在5mol/l以内(以oh-浓度计)。而且，再生的oh-漏进盐室造成碱的损失，部分电流被oh-泄漏消耗，影响三室双极膜电渗析的电流效率，导致能耗增加。另一方面，碱室oh-泄漏进盐室的迁移方向与盐室阳离子透过阳膜迁入碱室的方向相反，会对盐室阳离子的迁移形成阻碍，导致阳离子迁移速率减慢，膜通量减小，进而影响到盐室内阴离子跨阴膜的迁移，整体脱盐速率下降。
4、将图1所示的“酸-盐-碱”三室双极膜电渗析膜堆中的阴膜去除，即，将盐室和酸室合并即得到“盐-碱”两室结构膜堆。常规“盐-碱”两室双极膜电渗析膜堆结构和以葡萄糖酸钠为例的离子迁移示意图如图2所示。其中cm为阳离子交换膜，bm为双极膜；bm的阳面(即解离出h+的一面)与cm之间的隔室为盐室，盐室初始加入含盐料液(例如，葡萄糖酸钠的水溶液)；bm的阴面(即解离出oh-的一面)与cm之间的隔室为碱室，常规“盐-碱”两室双极膜电渗析的碱室初始可加入水、稀碱(例如，稀naoh溶液)，再生得到碱液(例如，naoh溶液)；极室为常规极室液。常规“盐-碱”两室双极膜电渗析运行时，在电场作用下，双极膜内的水分子解离成oh-和h+，分别迁移进入碱室和盐室，盐室的阳离子(例如，na+)迁移入碱室，在碱室得到碱(例如，naoh)，在盐室得到酸和盐的混合液(例如，葡萄糖酸和剩余的葡萄糖酸钠混合液)。当盐室内阳离子(例如，na+)全部迁入碱室，在盐室即得到酸(例如，葡萄糖酸)。基于同样的原因，常规“盐-碱”两室双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐也存在碱室oh-透过阳膜向盐室渗漏的问题。
5、综上，双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐时只能再生得到稀碱的问题普遍存在，这成为限制双极膜电渗析技术应用与推广的原因之一。常见的强酸强碱盐/弱酸强碱盐(如硫酸盐、盐酸盐和硝酸盐/葡萄糖酸钠、乳酸钠等)的双极膜电渗析过程由上述“碱泄漏”(即碱室内游离oh-透过阳膜漏进盐室的现象)造成的电流效率降低、能耗升高、脱盐速率降低是普遍问题。
技术实现思路
1、为解决上述强酸强碱盐/弱酸强碱盐双极膜电渗析直接再生酸和碱时只能得到稀碱、稀碱难以利用，且电流效率低、能耗高、脱盐速率低的问题，本专利技术提供了一种降低双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐(即强酸强碱盐和/或弱酸强碱盐)的能耗、提高电流效率和脱盐速率，同时联产与强酸强碱盐/弱酸强碱盐的强碱阳离子对应的盐的方法。
2、本专利技术的用双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐的方法，包括以下步骤：
3、1)在用双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐(强酸强碱盐和/或弱酸强碱盐)时，在双极膜电渗析的碱室加入酸；
4、2)通过双极膜电渗析处理，最终在碱室得到与强酸强碱盐/弱酸强碱盐的强碱阳离子对应的盐，盐室料液实现脱盐并得到与强酸强碱盐/弱酸强碱盐的酸根离子对应的酸。
5、根据本专利技术所述的方法，其中优选的，步骤1)在双极膜电渗析的碱室加入的酸包括pka≤7的酸。进一步优选的，所述酸包括盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、氢溴酸、氢碘酸、磷酸、亚硫酸、亚硝酸、氢氟酸、co2(碳酸)、酒石酸、丙酮酸、草酸、甲酸、乙酸、乳酸和柠檬酸中的一种或两种以上。
6、根据本专利技术所述的方法，所述的强酸强碱盐/弱酸强碱盐，其中优选的，所述的强碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化钡中的一种或两种以上；所述的强酸包括盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、氢溴酸、氢碘酸中一种或两种以上；所述的弱酸包括pka≤5的弱酸，进一步优选的，弱酸包括磷酸、亚硫酸、亚硝酸、氢氟酸、酒石酸、丙酮酸、草酸、甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸、富马酸、马来酸和己二酸中的一种或两种以上。
7、根据本专利技术所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)在双极膜电渗析的碱室加入的酸包括pKa≤7的酸。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述酸包括盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、氢溴酸、氢碘酸、磷酸、亚硫酸、亚硝酸、氢氟酸、CO2或碳酸、酒石酸、丙酮酸、草酸、甲酸、乙酸、乳酸和柠檬酸中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，强酸强碱盐/弱酸强碱盐中，强碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化钡中的一种或两种以上；强酸包括盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、氢溴酸、氢碘酸中一种或两种以上；弱酸包括pKa≤5的酸。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，弱酸包括磷酸、亚硫酸、亚硝酸、氢氟酸、酒石酸、丙酮酸、草酸、甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸、富马酸、马来酸和己二酸中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述双极膜电渗析为三室双极膜电渗析或两室双极膜电渗析。
7.根据权利要求6所述的
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述三室双极膜电渗析为酸-盐-碱三室双极膜电渗析，其中，在盐室加入强酸强碱盐水溶液进行处理时，在碱室加入酸；或者，
9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，双极膜电渗析器的组织方式为多级逆流组织方式。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多级逆流组织方式是将双极膜电渗析器设置成多个双极膜电渗析膜堆，每个双极膜电渗析膜堆为一级，在用双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐时，在至少一级的双极膜电渗析的碱室加入酸。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多级逆流组织方式的级数大于等于二级。
12.根据权利要求1-11任一所述的方法，其特征在于，在碱室加入的酸为CO2或碳酸。
13.根据权利要求1-11任一所述的方法，其特征在于，双极膜电渗析中各室料液的温度为5～50℃；各室流速为0.1～10cm/s；电流密度为1～200mA/cm2。
...【技术特征摘要】
1.一种用双极膜电渗析处理强酸强碱盐/弱酸强碱盐的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)在双极膜电渗析的碱室加入的酸包括pka≤7的酸。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述酸包括盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、氢溴酸、氢碘酸、磷酸、亚硫酸、亚硝酸、氢氟酸、co2或碳酸、酒石酸、丙酮酸、草酸、甲酸、乙酸、乳酸和柠檬酸中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，强酸强碱盐/弱酸强碱盐中，强碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化钡中的一种或两种以上；强酸包括盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、氢溴酸、氢碘酸中一种或两种以上；弱酸包括pka≤5的酸。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，弱酸包括磷酸、亚硫酸、亚硝酸、氢氟酸、酒石酸、丙酮酸、草酸、甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸、富马酸、马来酸和己二酸中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述双极膜电渗析为三室双极膜电渗析或两室双极膜电渗析。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述三室双极膜电渗析为酸-盐-碱三室双极膜电渗析，其中，在盐室加入强酸强...
【专利技术属性】
技术研发人员：丛威，王倩，许欢，林樟楠，赵轩，王智慧，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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