电去离子过程中离子交换树脂选用研究

摘要

电去离子(Electrodeionization，EDI)作为一种环保节能的超纯水制备技术有着广阔的发展前景。EDI装置在形式上看，是在电渗析器的隔板中填充离子交换树脂，在直流电场的作用下同时实现连续的去离子和离子交换树脂的连续电再生过程。它集离子交换和电渗析的优点为一体，解决了化学药剂污染环境的问题，同时具有更高的水资源利用率。
　　 目前，随着各领域对纯水质量要求的不断提高，对EDI产水有了更严格的标准。要提高EDI设备的出水品质，关键是要解决弱电解质的去除问题。因此，如何有效去除溶液中的弱电解质物质成了纯水制备领域的重点研究方向之一。分析EDI技术本质，其工作原理主要包括三个方面:离子被树脂交换截留、直流电场作用下离子选择性迁移、离子交换树脂电再生，这三个方面都和离子交换树脂直接相关。离子交换树脂在整个EDI过程中起了桥梁和媒介的作用，通过电再生保证去离子过程的连续进行。所以，树脂的性能对于整个EDI装置的作用举足轻重。
　　 本实验从离子交换树脂基本性质出发，考察了不同骨架树脂对弱电解质的吸附等温线、最大吸附量和吸附动力学曲线，以及在电场作用下对弱电解质的去除效果，实验结果表明:
　　 1.在没有外加电场时，离子交换树脂对于弱电解质吸附的特征主要是:a）.强酸性阳离子交换树脂在稀溶液中对弱电解质NH4+的吸附性能与其骨架特征无关;b）.凝胶型树脂对NH4+离子的最大吸附量明显高于大孔型树脂;c）.凝胶型树脂的吸附动力学曲线比大孔型树脂更快达到平衡，且平衡吸附量明显大于大孔型树脂;d）.大孔强碱性阴离子交换树脂对弱电解质SiO32-离子具有更好的吸附特性;e）.两种阴离子交换树脂对SiO32-的最大吸附量实验均未能表现出明显的吸附特性;f）.大孔型阴离子交换树脂对弱电解质SiO32-的吸附性能优于凝胶型阴离子交换树脂。
　　 2.将树脂置于电场环境中，观察不同骨架类型树脂对弱电解质离子的吸附特性，主要结论如下:a）.随着电压的增大，两类离子交换树脂处理弱电解质体系的电流增长速率也增大，且变化趋势相似;b).作用时间对树脂吸附弱电解质的影响基本相同，出水中弱离子化杂质浓度均为先下降，之后略有上升，最后达到动态平衡的过程;c）.大孔型混合离子交换树脂阴阳比例为2∶1时，去除NH4+离子效果最好，凝胶型混合离子交换树脂阴阳比例为1∶1和1∶2时，处理NH4+离子的效果较好;d）.大孔型混合离子交换树脂阴阳比例为1∶1和2∶1时，处理SiO32-离子效果好;而凝胶型混合离子交换树脂则是在阴阳比例为1∶1和1∶2时，处理效果较好。
　　 本实验对EDI去除弱电解质过程中离子交换树脂的选择有一定的参考价值。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 电去离子技术发展概述

1．2 EDI去除弱电解质的研究

1．2．1 弱电解质氨的去除技术研究

1．2．2 弱电解质硅酸的去除技术研究

1．3 离子交换树脂选用研究

1．3．1 离子交换树脂在EDI装置中的作用

1．3．2 离子交换树脂发展简介

1．3．3 离子交换树脂的组成及分类

1．3．4 离子交换树脂作用原理

1．4 研究的目的和意义

1．5 实验内容

1．5．1 树脂对弱电解质NH4+和SiO32-选择交换性的研究

1．5．2 树脂在电场作用下对弱电解质NH4+和SiO32-吸附的研究

第二章 实验装置与分析方法

2．1 实验装置与仪器

2．1．1 实验装置

2．1．2 实验仪器

2．2 实验材料与试剂

2．2．1 离子交换树脂

2．2．2 离子交换膜

2．2．3 化学试剂

2．3 实验分析方法

2．3．1 离子交换树脂预处理方法

2．3．2 弱电解质氨的测定方法

2．3．3 弱电解质硅的测定方法

2．4 本章小结

第三章 树脂对NH4+和SiO32-吸附作用研究

3．1 阳离子交换树脂吸附NH4+特性实验

3．1．1 树脂D001对弱电解质NH4+吸附特性实验

3．1．2 树脂732对弱电解质NH4+吸附特性实验

3．1．3 两种阳离子交换树脂吸附特性比较

3．2 阴离子交换树脂吸附SiO32-特性实验

3．2．1 树脂D201对弱电解质SiO32-吸附特性实验

3．2．2 树脂717对弱电解质SiO32-吸附特性实验

3．2．3 两种阴离子交换树脂吸附特性比较

3．3 本章小结

第四章 电场对离子交换树脂吸附弱电解质的影响

4．1 树脂在电场作用下对弱电解质NH4+的处理效果

4．1．1 电压的影响研究

4．1．2 作用时间的影响研究

4．1．3 阴阳离子交换树脂装填比例的影响研究

4．2 树脂在电场作用下对弱电解质SiO32-的处理效果

4．2．1 电压的影响研究

4．2．2 作用时间的影响研究

4．2．3 阴阳离子交换树脂装填比例的影响研究

4．3 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

5．3 展望

5．4 创新点

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

声明

致谢