陰離子交換膜怎麼用

1. 離子交換的水處理中的應用

EDI(Electro-de-ionization)是一種將離子交換技術、離子交換膜技術和離子電遷移技術(電滲析技術)相結合的純水製造技術。該技術利用離子交換能深度脫鹽來克服電滲析極化而脫鹽不徹底,又利用電滲析極化而發生水電離產生H和OH離子實現樹脂自再生來克服樹脂失效後通過化學葯劑再生的缺陷,是20世紀80年代以來逐漸興起的新技術。經過十幾年的發展,EDI技術已經在北美及歐洲占據了相當部分的超純水市場。
EDI裝置包括陰/陽離子交換膜、離子交換樹脂、直流電源等設備。其中陰離子交換膜只允許陰離子透過,不允許陽離子通過,而陽離子交換膜只允許陽離子透過,不允許陰離子通過。離子交換樹脂充夾在陰陽離子交換膜之間形成單個處理單元,並構成淡水室。單元與單元之間用網狀物隔開,形成濃水室。在單元組兩端的直流電源陰陽電極形成電場。來水水流流經淡水室,水中的陰陽離子在電場作用下通過陰陽離子交換膜被清除,進入濃水室。在離子交換膜之間充填的離子交換樹脂大大地提高了離子被清除的速度。同時,水分子在電場作用下產生氫離子和氫氧根離子,這些離子對離子交換樹脂進行連續再生,以使離子交換樹脂保持最佳狀態。EDI裝置將給水分成三股獨立的水流:純水、濃水、和極水。純水(90%-95%)為最終得到水,濃水(5%-10%)可以再循環處理,極水(1%)排放掉。圖2表示了EDI的凈水基本過程。
EDI裝置屬於精處理水系統,一般多與反滲透(RO)配合使用,組成預處理、反滲透、EDI裝置的超純水處理系統,取代了傳統水處理工藝的混合離子交換設備。EDI裝置進水要求為電阻率為0.025-0.5MΩ·cm,反滲透裝置完全可以滿足要求。EDI裝置可生產電阻率高達15MΩ·cm以上的超純水。 EDI裝置不需要化學再生,可連續運行,進而不需要傳統水處理工藝的混合離子交換設備再生所需的酸鹼液,以及再生所排放的廢水。其主要特點如下:
EDI的凈水基本過程
·連續運行,產品水水質穩定
·容易實現全自動控制
·無須用酸鹼再生
·不會因再生而停機
·節省了再生用水及再生污水處理設施
·產水率高(可達95%)
·無須酸鹼儲備和酸鹼稀釋運送設施
·佔地面積小
·使用安全可靠,避免工人接觸酸鹼
·降低運行及維護成本
·設備單元模塊化,可靈活的組合各種流量的凈水設施
·安裝簡單、費用低廉
·設備初投資大 EDI裝置與混床離子交換設備屬於水處理系統中的精處理設備,下面將兩種設備在產水水質、投資量及運行成本方面進行比較,來說明EDI裝置在水處理中應用的優越性。
(1)產品水水質比較
EDI裝置是一個連續凈水過程,因此其產品水水質穩定,電阻率一般為15MΩ·cm,最高可達18MΩ·cm,達到超純水的指標。混床離子交換設施的凈水過程是間斷式的,在剛剛被再生後,其產品水水質較高,而在下次再生之前,其產品水水質較差。
(2)投資量比較
與混床離子交換設施相比EDI裝置投資量要高約20%左右,但從混床需要酸鹼儲存、酸鹼添加和廢水處理設施及後期維護、樹脂更換來看,兩者費用相差在10%左右。隨著技術的提高與批量生產,EDI裝置所需的投資量會大大的降低。另外,EDI裝置設備小巧,所需廠房遠遠小於混床。
(3)運行成本比較
EDI裝置運行費用包括電耗、水耗、葯劑費及設備折舊等費用,省去了酸鹼消耗、再生用水、廢水處理和污水排放等費用。
在電耗方面,EDI裝置約0.5kWh/t水,混床工藝約0.35kWh/t水,電耗的成本在電廠來說是比較經濟的,可以用廠用電的價格核算。
在水耗方面,EDI裝置產水率高,不用再生用水,因此在此方面運行費用低於混床。
至於葯劑費和設備折舊費兩者相差不大。
總的來說,在運行費用中,EDI裝置噸水運行成本在2.4元左右,常規混床噸水運行成本在2.7元左右,高於EDI裝置。因此,EDI裝置多投資的費用在幾年內完全可以回收。 EDI裝置屬於水精處理設備, 具有連續產水、水質高、易控制、佔地少、不需酸鹼、利於環保等優點, 具有廣泛的應用前景。隨著設備改進與技術完善以及針對不同行業進行優化, 初投資費用會大大降低。可以相信在不久的將來會完全取代傳統的水處理工藝中的混合 。
控制氮含量的方法（4種）：生物硝化-反硝化（無機氮延時曝氣氧化成硝酸鹽，再厭氧反硝化轉化成氮氣）；折點氯化（二級出水投加氯，到殘余的全部溶解性氯達到最低點，水中氨氮全部氧化）；選擇性離子交換；氨的氣提（二級出水pH提高到11以上，使銨離子轉化為氨，對出水激烈曝氣，以氣體方式將氨從水中去除，再調節pH到合適值）。每種方法氮的去除率均可超過90%。

2. 為什麼電解飽和食鹽水實驗中，需要把陰陽兩級反應相隔進行

一、電解飽和食鹽水的原理
在nacl溶液中，nacl電離出na+，
電離出cl-．通電後，在電場的作用下，na+和h+向陰極移動，cl-和oh-向陽極移動．
在陽極，由於cl-比oh-容易失去電子，所以cl-失去電子被氧化生成cl2．
在陰極，na+不得電子而h+得到電子被還原生成h2．h+得電子後，使水電離向右移動，因此，陰極產物包括h2和oh-．
(
陰陽極反應，我想在此就不用寫了吧。大家應該都知道的。)
工業上電解飽和食鹽水是用塗有鈦、釕等氧化物的鈦網作陽極，用碳鋼網作陰極．
二、電解飽和食鹽水制燒鹼必須解決兩個主要問題
第一個問題是：避免生成物氯氣與氫氣混合，和氯氣接觸naoh溶液．因為氯氣與氫氣混合遇火或遇強光會爆炸，
氯氣接觸naoh溶液會反應生成nacl和naclo，使產品不純．
第二個問題是：飽和食鹽水必須精製．因為粗鹽水電解會損壞離子交換膜．
(1)離子交換膜
使用離子交換膜能解決上述第一個問題．
離子交換膜屬於功能高分子材料．離子交換膜分為陽離子交換膜和陰離子交換膜，陽離子交換膜只允許陽離子穿過，不許陰離子和氣體分子穿過；陰離子交換膜只允許陰離子穿過，不許陽離子和氣體分子穿過．
在電解飽和食鹽水制燒鹼的工業上，使用陽離子交換膜如下圖所示．陽離子交換膜把電解槽分成陰極室和陽極室，使陰極產物氫氣和naoh溶液與陽極產物氯氣分開，避免混合和接觸．
另外，在電解過程中，陽極室cl-減少，陰極室h+減少而oh-增多，na+從陽極室穿過陽離子交換膜進入陰極室，使溶液中的電荷得以平衡．
工業上通過電解飽和食鹽水而獲得氯氣、氫氣和氫氧化鈉溶液．再通過蒸發氫氧化鈉溶液而獲得固體氫氧化鈉．
注意：為什麼強調電解飽和食鹽水，是因為氯氣在飽和食鹽水中的溶解量較小．

3. 為何要用陰離子交換膜鉀離子不就過不去了嗎而且就算生成硝酸鹽為何會干擾反應

你把電極反應方程式寫一下就清楚了。

1. 負極發生反應：8NH3+24OH- -24e- ===4N2+24H2O

2. 正極發生反應：6NO2+12H2O +24e-====3N2+24OH-

可以看到，負極需專要消耗掉屬OH-，而正極反應產生OH-，所以要用陰離子交換膜使得正極產生的OH-遷移到負極，負極的OH-得到補充。假如說採用陽離子交換膜，那麼OH-無法遷移，只能是陽離子K+轉移，沒有什麼作用，只會使得電極A處KOH濃度不斷變小，而B處KOH濃度不斷變大，最終反應會終止。

4. 為什麼要先將水通過陽離子交換膜後通過陰離子交換膜

如果先通過陰離子交抄換膜，把水襲中的陰離子換成OHˉ，導致水呈鹼性，則水中的Ca²⁺、Mg²⁺等陽離子就會與OHˉ反應，生成沉澱，附著在交換膜上，影響交換膜工作。

5. 電解池中「陰離子交換膜」的作用是為了把電解池中的陰離子都通過「陰離子交換膜」進入陰極么

陰離子交換膜是只允許陰離子通過，不可能所有陰離子都過去，這個主要是為了阻止某些副反應的發生。

6. 陰離子交換膜的介紹

陰離子交換膜是一類含有鹼性活性基團，對陰離子具有選擇透過性的高分子聚合物膜，也稱為離子選擇透過性膜。陰離子交換膜由三個部分構成：帶固定基團的聚合物主鏈即高分子基體（也稱基膜）、荷正電的活性基團（即陽離子）以及活性基團上可以自由移動的陰離子，如圖所示。

7. 陽離子交換膜和陰離子交換膜的區別，我知道它們分別讓不同的離子進入，但是是從哪邊進，哪一邊出啊

陽離子交換膜是兩邊都可以進出陽離子的，格擋主陰離子。同理，陰離子交換膜也一樣

8. 膜技術的電滲析

在直流電場作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中的陰、陽離子的選擇透過回性，分離溶答質和水。
陰膜只讓陰離子通過；陽膜只讓陽離子通過。
陰極：
還原反應：2H+ +2e → H2↑
陰極室溶液呈鹼性，結垢
陽極：
氧化反應：4OH－ → O2↑+2H2O +4e
或 2Cl-→Cl2↑+2e
陽極室溶液呈酸性，腐蝕
特點：只能將電解質從溶液中分離出去。不能去除有機物等。 離子交換樹脂：樹脂與離子之間發生交換反應
離子交換膜：對溶液中的離子具有選擇透過的特性★按其結構分為：異相膜、均相膜。
異相膜：離子交換樹脂磨成粉末，加入粘合劑，滾壓在纖維網上。
均相膜：離子及交換樹脂的母體材料製成連續的膜狀物，作為底膜，然後在上面嵌接上活性基團。
★按離子選擇性分：
陽離子交換膜（一般為聚苯乙烯磺酸型）：R－SO3H，在水中電離後，呈負電性
陰離子交換膜（聚苯乙烯季胺型）：R－CH2 N（CH3）3OH，電離後，呈正電性
★離子交換膜選擇透過性主要是由於：
1）膜的孔隙結構；2）活性交換基團的作用。
★離子交換膜是電滲析的關鍵部分，良好的電滲析應在於：
1）高的離子選擇性；2）滲水性差；3）導電性好；4〕化學穩定性和機械強度。

9. 陰陽離子交換膜是干什麼

讓離子選擇透過，更好的完成反應。

10. 離子交換色譜法的原理，裝置及應用

原理：
離子交換色譜（ion exchange chromatography，IEC）以離子交換樹脂作為固定相，樹脂上具有固定離子基團及可交換的離子基團。當流動相帶著組分電離生成的離子通過固定相時，組分離子與樹脂上可交換的離子基團進行可逆變換。根據組分離子對樹脂親合力不同而得到分離。

裝置：
（1）分離柱 裝有離子交換樹脂，如陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂或螯合離子交換樹脂。為了減小擴散阻力，提高色譜分離效率，要使用均勻粒度的小球形樹脂。最常用的陽離子交換樹脂是在有機聚合物分子（如苯乙烯－二乙烯基苯共聚物）上連接磺酸基官能團（─SO3─）。最常用的陰離子交換劑是在有機聚合物分子上連接季銨官能團(─NH4)。這些都是常規高交換容量的離子交換樹脂，由於它們的傳質速度低，使柱效和分離速度都低。C.霍瓦特描述了一種薄膜陰離子交換樹脂，它是在苯乙烯－二乙烯基苯共聚物核心上沉澱一薄層陰離子交換樹脂，就象雞蛋有一薄層外皮那樣，離子交換反應只在外皮上進行,因此縮短了擴散的路徑,所以離子交換速度高，傳質快，提高了柱效。同樣，在小顆粒多孔硅膠上塗一薄層離子交換材料也可得到相同類型的樹脂。螯合離子交換樹脂具有絡合某些金屬離子而同時排斥另一些金屬離子的能力，因此這種樹脂具有很高的選擇性。除了離子交換柱外，其他高效液相色譜柱也可用於分離離子。
（2）抑制柱和柱後衍生作用 常用的檢測器不僅能檢測樣品離子，而且也對移動相中的離子有響應，所以必須消除移動相離子的干擾。在離子色譜中，消除(抑制)移動相離子干擾的常用方法有兩種。
①抑制反應，用抑制反應來改變移動相，使移動相離子不被檢測器測出。離子色譜通常使用電導檢測器。在抑制反應中??綞匝衾胱佣?裕?把高電導率移動相的氫氧化物轉變成水,而樣品離子則轉變成它們相應的酸：
NaOH+H+─→Na++H2O
NaX+H+─→HX+Na+
在裝有強酸性陽離子交換樹脂的柱中進行抑制反應，使用一段時間後，這種樹脂就需要再生，很不方便。改用連接有磺酸基(─SO3H)的離子交換膜(陽離子交換膜)或用連接有銨基(─NH4)的離子交換膜(陰離子交換膜)，就可以連續進行抑制反應。例如，陽離子交換膜可使陽離子通過它擴散過去，而陰離子則不能擴散過去。
1981年，T.S.史蒂文斯和斯莫爾等報道了中空纖維抑製法。這種纖維是由陽離子交換膜材料拉制而成。用這種方法不僅不需要再生抑制柱而且減小了峰的加寬，提高了柱效。一種比較新的膜技術是加一電場以加速離子的傳遞，該法與中空纖維法比較，其優點是反應時間短、交換能力高，並且可以用於陽離子和陰離子兩者。
②柱後衍生作用，將從柱子流出的洗出液與對被測物有特效作用的試劑相混合，在一反應器中生成帶色的絡合物（見配位化合物）。對衍生試劑最重要的要求是它們與被測物能生成絡合物，但不與移動相生成絡合物。柱後衍生法能用於測定重金屬離子，所用的衍生試劑有茜素紅S等。
（3）檢測器 分為通用型和專用型。通用型檢測器對存在於檢測池中的所有離子都有響應。離子色譜中最常用的電導檢測器就是通用型的一種。紫外－可見分光光度計是專用型的檢測器，對離子具有選擇性響應。可變波長紫外檢測器與電導檢測器聯用,能幫助鑒定未知峰,分辨重疊峰和提供電導檢測器不能測定的陰離子，如硫化物及亞砷酸中的陰離子的檢測。
在離子色譜中，電導檢測法總是和抑制反應配合使用。這種檢測器對分子不響應，如水、乙醇或者不離解的弱酸分子等。對於電導檢測器，一個重要的條件是溫度要穩定，所以檢測池要放在恆溫箱中，1982年H.薩托設計一種雙示差電導檢測器，消除了溫度變化對檢測的影響，可測定10-9摩爾的陰離子。

應用：
離子色譜主要用於測定各種離子的含量，特別適於測定水溶液中低濃度的陰離子，例如飲用水水質分析，高純水的離子分析，礦泉水、雨水、各種廢水和電廠水的分析，紙漿和漂白液的分析，食品分析，生物體液(尿和血等)中的離子測定，以及鋼鐵工業、環境保護等方面的應用。離子色譜能測定下列類型的離子：有機陰離子、鹼金屬、鹼土金屬、重金屬、稀土離子和有機酸,以及胺和銨鹽等。