[发明专利]一种电控离子选择性渗透膜分离工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种同步分离回收稀溶液中阴、阳离子的膜分离工艺，尤其是一种选择性连续分离回收稀溶液中阴、阳离子的电控离子渗透膜分离工艺。

背景技术

工业生产过程中的原料及中间产物中大多含有各种金属或非金属离子杂质，这些微量杂质的去除净化或回收往往成为提高反应效率和产品质量的关键技术问题；近年来世界各国对排放到水体中的有毒物控制也越来越严格，而含有难生化降解毒性金属和非金属离子的各种工业废水又日益增多，由于采用常规的生物净化方法难于满足净化处理的技术和经济要求，废水排放难以达标成为限制许多企业可持续发展的主要障碍，因此寻求新型、高效、低成本的水处理技术一直受到各国水处理工作者的重视。电镀、冶金、化工等行业在生产过程中会产生各种含离子废液，对水体中有毒有害阴、阳离子进行分离净化可以达到节能减排的目的，又可以通过回收有价值的离子实现资源化利用的目标，在资源和环境技术领域具有良好的应用前景。

离子交换法（Ion exchange, IX）是一直被广泛采用的一种低浓度离子废水处理技术，出水水质较好，往往可以回收充分利用。然而，由于传统的离子交换法系统复杂、投资较高、操作繁琐，且离子交换树脂需频繁使用酸、碱等化学药剂再生，产生二次污染，而且存在再生洗脱液的处理问题。如专利公开号为CN101863530A的一种“连续式含重金属离子尾水处理系统及处理方法”，离子交换树脂需要用HCl再生。

电渗析（Electrodialysis，ED）是20世纪50年代发展起来的一种新型分离技术，它以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性将带电组分的盐类与非带电组分的水分离，很好的解决了传统离子交换法中存在的二次污染的问题。如专利公开号为CN 202164159U的“一种新型电渗析脱盐处理装置”，利用离子交换膜的选择透过性，把带电组分和非带电组分进行分离，水中阴阳离子在电场作用下分别向正负两极迁移，从而实现阴阳离子的分离。然而，电渗析技术所使用的阴（阳）离子交换膜对不同阴（阳）离子的选择透过性差异不大，不易实现对目标离子的选择性分离，而且离子交换膜兼做隔膜对离子的传递阻力较大，分离效率较低。而膜分离技术如“膜集成-渗析分离浓缩贵金属废液回收再生工艺”（专利公开号CN 101857315A）需经过膜虑、膜渗析、原液增压、多级离心及离子膜分离等多个环节，步骤复杂操作困难。

电化学控制离子交换（Electrochemically switched ion exchange，ESIX）是将电活性离子交换功能材料沉积在导电基体上制得电活性膜电极，通过电化学方法控制膜电极在氧化和还原状态间转化，从溶液中可逆地置入和释放离子，从而使溶液中的离子得到分离并使膜电极得到再生的新型离子分离技术。ESIX过程通过控制电活性功能膜的氧化还原状态可实现对溶液中目标离子的选择性分离，过程的主要推动力是电极电位，离子分离基体无需化学再生，消除了由化学再生剂产生的二次污染，是一种环境友好的高效分离技术。但目前ESIX技术主要用来分离回收单一的阳离子或阴离子，通常在间歇状态下操作（Lilga M A, Orth R J, Sukamto J P H, et al. Sep Purifi Technol, 2001, 24(3): 451-466；Zhang Y, Mu S L, Deng B L, Zheng J Z. J Electroanal Chem, 2010, 641: 1-6）。采用离子交换膜和一组ESIX膜电极组成的隔膜式反应器并交替给膜电极施以氧化还原电位，结合外部供液系统可实现单一离子的连续分离回收（C. Weidlich, K.-M. Mangold, K. JüttnerElectrochim. Acta. 2005，50 (25-26)，5247-5254）。但该系统是在三电极体系下运行的，需要大量支持电解质，操作过程复杂，很难在工业上得到实际应用。

将分别具备阴离子和阳离子交换功能的聚吡咯及过氧化态聚吡咯磺酸膜电极作为工作电极可实现对溶液中阴、阳离子的选择性分离(Yücel Sahin, Betül Ercan, Mutlu SahinTanlanta, 2008, 75, 369-375)，但分离过程中阴、阳离子膜电极需分别在处理液和再生液之间频繁转换间歇进行，操作过程繁琐，也很难在工业上得到实际应用。

发明内容