1、 化工工程专业论文参考范文：双极膜电渗析理念处理关键化工废水分析第 1 章绪论1.1 前言人类进入 21 世纪以来，代写论文工业化、城镇化程度不断加速。随着经济的不断发展，环境污染和资源匮乏问题愈显突出。水资源，特别是淡水资源是人类生活、发展的重要基础。在人类面临的各种危机中，水资源危机是人类面临的最紧迫危机之一。由于工业的快速发展，经济总量的不断增加，工业用水、特别是与人类生活息息相关的基础工业导致用水量急剧增加，使得目前人类拥有的水资源己难于满足经济发展的要求，与此同时，在工业生产中又会产生大量的工业废水。由此亟待开发一种既能回收废水中的有用的资源，又能将处理后的废水进行再循环利用的既环保
2、又节能的工艺技术。在目前的各种污水处理技术中，膜分离技术具备简单、高效、对环境友好等特点，因此引起了大家的广泛关注。膜技术又可以定义为界面技术，它不仅能处理选择性的界面，而且能处理不同科学和工程学科的功能界面，例如，双极膜电渗析技术 Bipolar membraneelectrodialysis,简写为 BMED)，双极膜材料的制备涉及的是材料科学，在该技术中所涉及到的过程工程学科是：利用双极膜电渗析技术生产酸和碱。BMED 是膜分离技术中的一种新型的分离技术，该技术是使用双极膜与单极膜组合而成的一种技术。双极膜是由阴离子交换层和阳离子交换层复合而成，由于阳离子交换膜层和阴离子交换膜层的复合，
3、改变了双极膜的传质性能。因此不同用途和性能的双极膜的制备，可以用不同的膜材料在不同条件下复合而成，这些膜材料可以是不同厚度、性能、荷有不同电荷密度的徐铜文等，1998，廖尚志等，1995)。特别是以双极膜为基础的水解离领域，已经发展成为电渗析工业技术中新的增长点。由于利用双极膜进行水解离比直接电解水要经济(Nagsubramanian K. et al., 1977),将其与单极膜组合起来，可实现多种功用，在多个领域都有应用，尤其是在处理一些典型化工废水的领域，在电场中，双极膜中间层会发生水解离，生成 H+和 OH-，这样化工废水中的盐就得以分离，同时，转化成相应的酸和碱，因此这种方法不仅可以
4、脱去废水中的盐，又可以进行资源回收。开展用双极膜电渗析技术处理典型化工废水，并可回收废水中有用资源的研宄，对相关产业的技术升级、整个国民经济的发展，以及社会的可持续发展都有着十分重要的意义。1.2 离子交换膜从离子交换膜和离子交换树脂的化学结构上看，它们非常相似，都带有相同的功能基团，都是高分子聚合物，通常包含三个部分：可移动的反离子、固定基团、高分子骨架。根据膜的高分子骨架上所带的固定基团不同，分为阴离子交换膜和阳离子交换膜。阳离子交换膜的骨架上接有带负电的固定基团，通常为磺酸基、磷酸基、羧酸基等，阳离子被膜的高分子骨架上带负电的基团所吸引，阴离子被其所排斥；而阴离子交换膜的骨架上接有带正电
5、的固定基团，通常为季胺基团，膜上带正电的基团允许阴离子通过，阳离子却被其所排斥。由于固定在离子交换膜高分子骨架上的基团带有电荷，因此其表现出亲水性；而高分子骨架往往表现为疏水性，水分子是极性分子，由此可进入膜的空隙中间，这样离子交换膜就变成了 一种固态聚合物的电解质 。当在使用离子交换膜时，放在稀电解质溶液中，在浓度差的作用下，膜内的反离子通过扩散作用迁移出膜，因此离子交换膜上带有电荷，进而阻碍反离子的继续扩散。在电场作用下，离子交换膜上固定基团和反离子都带电，但反离子的数量要多得多，因此可以促使带相反电荷的离子得以分离。由于阴阳离子交换膜具有选择透过性能，利用它的这种选择透过性能，将其放在电
6、场中，就可以实现电解质的分离、浓缩，这种技术叫电渗析技术 electrodialysis,简写为 ED)。以离子交换膜为基础的电渗析技术经过了近 50 多年的发展，图 1.1 表示了其工作原理。离子交换膜和直流电场是这种技术必备的两个条件。阴、阳离子在直流电场的作用下，发生定向迁移，向阳极移动是阴离子，而朝阴极移动的是阳离子。阴离子朝着阳极运行过程中，被阳离子交换膜阻挡，能透过阴离子交换膜；阳离子朝着阴极运行过程中，被阴离子交换膜阻挡，能透过阳离子交换膜。阴阳离子交换膜在直流电场中交替排列，料液就可以实现淡化和浓缩。在电渗析技术的基础上，以离子交换膜为基础的电渗析技术如：双极膜电渗析、电解电渗
7、析、离子置换型电渗析、复分解型电渗析等，都得到了快速的发展，表1.1 列出了这几种电渗析技术构型、特点及相关的应用领域。第 2 章双极膜电渗析处理含盐化工废水研究2.1 前言很多的化学工业过程都会产生含溴化钠的化工废水，诸如香料(李梅等，1998)、农药( 韩义民，1996)和樣胶工业(伍一波等，2006)等。例如，传统的制备溴化丁基橡胶的过程是：溶解、溴化、中和洗漆和溶剂互换(Paun963)。如图 2.1 所示，产生浓度约为16000mg/L 的溴化钠废水，大大超过了工业废水的排放标准 5(K)mg/L。如此大量高浓度的废水未经处理就直接排放，不仅会污染环境，而且影响人体健康，甚至导致死亡
8、。因此，必须对该废水进行处理。处理该废水的传统的方法主要是化学氧化和离子交换。然而，这些方法不仅会带来二次污染而且要消费大量的资源。比如在离子交换分离法中，对树脂进行再生时要浪费大量的酸和碱。另外，也有报道将膜技术用于处理该废水。彭超等(2004)利用普通的电渗析处理溴化钠废水。用普通的电渗析处理该废水只能起到浓缩和淡化的作用，但要另外加碱和酸，而且加进去的碱和酸不能回收。双极膜电渗析是一种比较先进的膜技术，结合了普通电渗析和双极膜的水解离，被广泛用于从废物中回收有价值的资源(Xu T.W. and Huang C.H.2008; Huang C.H.andXuT.W.2006; Bazine
9、t 2005),然而，很少有人研宄用双极膜电渗析处理漠化钠废水。因此，本文对双极膜电渗析处理模拟的漠化丁基橡胶废水进行了实验研宄，探讨了盐浓度、酸和碱的初始浓度、电流密度等工艺参数对该工艺的影响。研宄成果发表于 Separation and Purification Technology,80 (2011),196-201。第 3 章 双极膜电渗析与普通电渗析处理.42-543.1 前言 .423.2 实验部分. 42-443.3 结果与讨论. 44-523.3.1 溴化钠浓度的影响.44-473.3.2 酸和碱初始浓度的影响 .47-493.3.3 电流密度的影响 .49-513.3.4 过
10、程经济性比较 .51-523.4 结论. 52-54第 4 章 双极膜电渗析处理含碱化.54-664.1 前言. 544.2 实验部分. 54-564.2.1 膜材料与试.54-554.2.2 实验装置 .55-564.2.3 废水及化学分析方法. 564.2.4 电流效率和能耗的计算. 564.3 实验结果与讨论. 56-644.4 结论. 64-66第 5 章 双极膜电渗析与电解电渗. 66-765.1 前言 .665.2 实验部分 .66-685.2.1 膜材料与试剂 .665.2.2 实验装置. 66-685.2.3 废水及化学分析方法. 685.2.4 电流效率和能耗的计算. 685
11、.3 实验结果与讨论 .68-735.4 结论. 73-76结论根据实验结果得出如下结论：(1)对双极膜电渗析处理模拟的溴化丁基橡胶废水进行了实验研宄：溴化钠浓度为 11000-16000mg/L，酸和碱初始的浓度为O.lOmol/L，电流密度为 30-50mA/cm2，可得到较高的电流效率和较低的能耗；而且在高电流密度条件下操作，能耗和电流效率都比较高。在最优工艺条件下处理含溴化钠浓度为 16000ing/L 的模拟废水时，可将溴化钠浓度降至 133.9mg/L,远远低于工业废水的排放标准，因此采用该工艺处理溴化丁基橡胶废水是可行的。(2)在处理模拟溴化丁基橡胶废水时，在电流效率、脱盐率等方
12、面均比普通电渗析的高；膜堆电压降和能耗等方面均比普通电渗析的低，双极膜电渗析的过程成本约为 0.82$/kgNaBr，普通电渗析的过程成本约为 l.OlS/kgNaBr，而且双极膜电渗析在脱除盐的同时能回收酸和碱，这将会使整个成本更低，因此双极膜电渗析在处理溴化丁基橡胶废水方面，是一种有发展前景的经济环保型技术。(3)双极膜电渗析技术从废碱液中再生回收氢氧化钠是可行的，当电解质浓度为 0.20?0.30mol/L，初始碱浓度为 0.10?0.25 mol/1 可获得低能耗和高电流效率。此外，要想获得髙的电流效率和相对低的能耗，电流密度选择在 3()-60niA/cm2 的范围。在最佳的实验条件
13、下、实验室规模的设备上运行 2h 后，从废碱液中再生回收的氢氧化钠浓度达到 O.llmol/L，过程成本大约为回收每千克氛氧化钠需 0.97美元，而且废碱液中的少量油对 NaOH 再生几乎没有任何影响。(4)从废碱液中再生回收碱时，碱的初始浓度为 0.10?0.30 mol/L时，双极膜电渗析的产碱量、电流效率均比电解电渗析的高，电解电渗析的能耗稍低。电流密度在 30-50mA/cm2 的范围时，电流效率、回收的碱量等均比电解电渗析的高，能耗低于电解电渗析；在实验室规模的基础上，双极膜电渗析与电解电渗析再生回收碱的过程成本分别为 0.97$/kgNaOH、0.86$/kgNaOH,电解电渗析的成本低，但使用重复单元扩大规模处理时，电解电渗析的每个重复单元都要使用一对电极，这样就会增加处理成本，而双极膜电渗析使用重复单元时只需一对电极。因此随着双极膜成本的降低，环保力度的加强，双极膜电渗析技术是一种很有发展前景的再生回收废碱液中氛氧化钠的技术。
