雙極膜的應(yīng)用與展望

1、雙極膜應(yīng)用與展望雙極膜應(yīng)用展望離子交換膜從1890年發(fā)現(xiàn)至今已有100多年的發(fā)展史，國內(nèi)外已開發(fā)出了多個(gè)品種，并在化工生產(chǎn)、海水綜合利用、脫鹽等方面得到了廣泛應(yīng)用，特別是上世紀(jì)八十年代雙極膜的工業(yè)化，使離子交換膜的應(yīng)用領(lǐng)域得到了大大的拓寬，并使離子交換膜應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性、合理性、全面性實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展，它的應(yīng)用將給一些化工產(chǎn)品生產(chǎn)、化工及冶金工業(yè)廢水處理、生化、有機(jī)電化學(xué)、工業(yè)廢氣等多個(gè)領(lǐng)域帶來革命性的變化；它的應(yīng)用將改變基礎(chǔ)化工原料的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；它的應(yīng)用會(huì)使一些大量使用酸堿的行業(yè)的酸堿實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用成為可能；它的應(yīng)用對化工、冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步起到獨(dú)特的關(guān)鍵性的作用，它使企業(yè)對污水和廢氣進(jìn)行徹底治

2、理的同時(shí)，不但不會(huì)增加企業(yè)的負(fù)擔(dān)，而且還會(huì)降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，給企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益，使企業(yè)真正達(dá)到零排放。總之，雙極膜的應(yīng)用，對節(jié)能減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，節(jié)約資源，提高資源利用率，解決保護(hù)環(huán)境與發(fā)展經(jīng)濟(jì)之間的矛盾都具有重大深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。一、離子交換膜離子交換摸是電膜過程的“心臟”，通常是由骨架狀有機(jī)高分子聚合物或無機(jī)高分子聚合物所構(gòu)成的膜狀物和附著在骨架上的固定離子基團(tuán)構(gòu)成。當(dāng)離子基團(tuán)是陰離子時(shí)，陽離子可以與其中的陰離子基團(tuán)結(jié)合，進(jìn)入膜內(nèi)，在直流電場的作用下，陽離子可在膜內(nèi)沿電場方向向陰極方向遷移，進(jìn)而到達(dá)膜的另一側(cè)，而陰離子由于同電相斥原理，而不能進(jìn)入并穿過該膜，簡言之，它

3、只允許陽離子通過，所以這種膜被稱為陽離子交換膜，與之相反，當(dāng)離子基團(tuán)是陽離子時(shí)，它只允許陰離子通過，故此稱之謂陰離子交換膜。二、雙極膜雙極膜是在同一張離子交換膜上，一側(cè)帶有固定陰離子基團(tuán)（稱之為陽離子交換層），而另一側(cè)帶有固定陽離子基團(tuán)（稱之為陰離子交換層）它的這一結(jié)構(gòu)賦予了該膜的一些特殊性能。一方面陰離子和陽離子均不能穿過該膜，另一方面，它能把水分子離解成H+和OH-,并在“正”直流電場作用下，分別從陽離子交換層和陰離子交換層遷出，該膜稱之為雙極膜。它的工作原理如圖1:陰極.陽極M-陽離子A-陰離子+陽離子交換層陰離子交換層圖1：雙極膜工作原理三、雙極膜電滲析原理雙極膜與陽離子交換膜和陰離子

4、交換膜同時(shí)或分別進(jìn)行組合，構(gòu)成雙極膜電滲析單元，雙極膜電滲析單元有三種，即：雙極膜與陰、陽離子交換膜組合；雙極膜與陽離子交換膜組合；雙極膜與陰離子交換膜組合，三種組合型式可在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)不同的分離效果，它們的工作原理如下：2)1、雙極膜與陰離子交換膜和陽離子交換膜的組合（如圖陰極陽極堿室鹽室酸室BP雙極膜C陽離子交換膜A陰離子交換膜+陽離交換月I（層）-陰離子交換膜（層）M+陽離子A陰離子圖2:雙極膜與陰、陽離子交換膜組合單元工作原理圖從圖中可以看出，在電場的作用下，鹽室陽離子向陰極方向遷移，通過陽離子交換膜進(jìn)入堿室，與雙極膜電離出的OH-結(jié)合生成堿，而鹽室中的陰離子則向陽極方向遷移，通過陰

5、離子交換膜進(jìn)入酸室，與雙極膜電離出的H+結(jié)合形成酸，這樣，鹽室中的鹽被脫除，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酸和堿這種組合型式適用于強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽的分離過程2、雙極膜與陽離子交換膜的組合（如圖3）堿室BP+-。2A陽極鹽室BP雙極膜C陽離子交換膜+陽離交換月g（層）-陰離子交換膜（層）M+陽離子A陰離子圖3:雙極膜與陽離子交換膜組合單元工作原理圖從圖中可以看出，在電場的作用下鹽室的陽離子向陰極遷移，通過陽離子交換膜進(jìn)入堿室，與雙極膜電離出的OH-結(jié)合形成堿，剩下的陰離子與雙極膜電離出的H+結(jié)合形成酸，鹽室形成酸與鹽的混合物，這種組合型式適用于強(qiáng)堿弱酸鹽的分離和堿回收過程。3、雙極膜與陰離子交換膜的組合（如圖4）鹽室

6、酸室BP雙極膜A陰離子交換膜+陽離交換月I（層）-陰離子交換膜（層）M+陽離子A陰離子圖4:雙極膜與陰離子交換膜組合單元工作原理圖從圖中可以看出，在電場的作用下鹽室的陰離子向陽極遷移，通過陰離子交換膜進(jìn)入酸室，與雙極膜電離出的H+結(jié)合形成酸，剩下的陽離子與雙極膜電離出的OH-結(jié)合形成堿，鹽室形成堿與鹽的混合物，這種組合形式使用于強(qiáng)酸弱堿鹽的分離和酸回收過程。四、雙極膜電滲析器的工作原理雙極膜電滲析器是由上述的一種多個(gè)雙極膜電滲析單元疊加在一起和兩端的電極組成，由于雙極膜電滲析單元有三種，因此，雙極膜電滲析器也有三種，由多個(gè)雙極膜與陰、陽離子交換膜組成的雙極膜電滲析單元疊加而成的雙極膜電滲析器稱

7、為三室雙極膜電滲析器，由多個(gè)雙極膜與陽離子交換膜組成的雙極膜電滲析單元疊加而成的雙極膜電滲析器稱為單陽膜二室雙極膜電滲析器，由多個(gè)雙極膜與陰離子交換膜組成的雙極膜電滲析單元疊加而成的雙極膜電滲析器稱為單陰膜二室雙極膜電滲析器。1、三室雙極膜電滲析器工作原理（如圖5）濃酸HA-一就MA水（稀堿）水.稀酸；+陽離交換膜（層）-陰離子交換膜（層）+雙極膜圖5:三室雙極膜電滲析器工作原理圖根據(jù)上圖看出三室雙極膜電滲析器可將鹽轉(zhuǎn)變?yōu)樗岷蛪A，鹽得到脫除?？捎糜趶?qiáng)堿強(qiáng)酸鹽的分離。2、單陽膜二室雙極膜電滲析器工作原理（如圖6）31+-陰極H*X濃堿MOH稀鹽+酸MA+HA款MA（或堿）工水（稀堿）+陽離交換膜

8、（層）+雙極膜圖6:單陽膜二室雙極膜電滲析器工作原理圖根據(jù)上圖可以看出，單陽膜二室雙極膜電滲析器可將鹽轉(zhuǎn)化為堿和稀鹽與酸的混合物，可用于堿回收和強(qiáng)堿弱酸的分離。3、單陰膜二室雙極膜電滲析器工作原理（如圖7）6一水（稀酸）1鹽MA或酸+陽離交換月I（層）+雙極膜圖7:單陰膜二室雙極膜電滲析器工作原理圖從圖中可以看出，單陰膜二室雙極膜電滲析器可將鹽轉(zhuǎn)化為酸和稀鹽與堿的混合物，可用于酸回收和強(qiáng)酸弱堿的分離。五、雙極膜電滲析器的優(yōu)缺點(diǎn)。1、雙極膜電滲析器的優(yōu)點(diǎn)(1)雙極膜電滲析器的主要特性是將水溶性(或其它溶劑)鹽轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酸和堿的溶液，它不發(fā)生氧化還原反應(yīng)，對于一些易被氧化或還原的產(chǎn)品來說，可得到

9、預(yù)期的產(chǎn)物，而電解則有氧化還原反應(yīng)。如氯化鈉的電解的總反應(yīng)式為：.電解.NaCl十H20NaOH+H2+C12而雙極膜電滲析器的反應(yīng)為：NaC1+H20-THC1+NaOHa2a盡管雙極膜電滲析器在兩極也發(fā)生氧化還原反應(yīng)，但它與電解相比量很小，另外，兩個(gè)極室與中間的單元是獨(dú)立的，極少混入產(chǎn)物中。(2)相對電解，雙極膜電滲析器使用的電極較少，這樣會(huì)減小設(shè)備體積和投資，避免了大量的電極消耗和電極能耗。(3)實(shí)現(xiàn)酸堿的循環(huán)使用。達(dá)到零排放，節(jié)約資源，對于一些在生產(chǎn)過程中使用酸堿形成鹽的場何，可利用產(chǎn)生的鹽轉(zhuǎn)化為酸堿，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，它的費(fèi)用遠(yuǎn)低于購入酸堿的費(fèi)用，這樣可以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和廢物排放，并

10、避免了新購入酸堿所帶來的一些新雜質(zhì)，為后續(xù)產(chǎn)品的精制減輕了負(fù)擔(dān)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，對于使用酸或堿而產(chǎn)生“廢酸”或“廢堿”的場何，可利用雙極膜電滲析將其純化回收循環(huán)使用，達(dá)到減少排放，降低廢水處理費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)廢水的零排放之目的，另外，還可以避免廢水對產(chǎn)品的夾帶，提高產(chǎn)品收率。2、雙極膜電滲析器的缺點(diǎn)(1)由于各種離子交換膜的選擇透過性不是100%,因此，所產(chǎn)出的酸和堿均帶有一定量的鹽，能進(jìn)一步精制尚可，對不能精制而對產(chǎn)品純度要求又較高的場何，這一缺點(diǎn)是致命的。(2)對進(jìn)入設(shè)備的溶液中的雜質(zhì)，特別是高價(jià)陽離子要求較高，需精制。(3)產(chǎn)品的濃度稍低。六、雙極膜的應(yīng)用與展望1、無機(jī)化工方面一般情況下，水溶

11、性無機(jī)鹽制水溶性無機(jī)酸和水溶性無機(jī)堿以及水溶性無機(jī)酸和水溶性的無機(jī)堿的回收，均可通過雙極膜電滲析來實(shí)現(xiàn)，如鉀鹽：KClDNO3KFK2SO4KCIO3KCIO4KBF4等等；鈉鹽：NaClNaNO3Na2SO4NQO3NaClO4Na2B4O7NaBrNa2SO3等等；鏤鹽：NH4CI(NH4)2B4O7NH4Br(NhU"SO?NH4NO3NH4F等等，均能得到相應(yīng)的酸和堿，但用于生產(chǎn)酸堿作為產(chǎn)品銷售，它的經(jīng)濟(jì)性，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性，質(zhì)量指標(biāo)的適應(yīng)性均有待進(jìn)一步考查，對于以上廢鹽制酸堿并實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用這是可行的。現(xiàn)在一般市售堿均為氯鹽法，含有一定量的氯離子，一些對氯離子有嚴(yán)格要求的產(chǎn)品

12、能否使用含有其它陰離子雜質(zhì)的堿來合成，這也是一個(gè)非常值得研究的問題。基于雙極膜電滲析的這一特性，對于一些無機(jī)化工生產(chǎn)過程有著極其特殊的意義。在海水提澳過程中，海水首先要進(jìn)行酸化，然后通氯氧化、空氣吹除堿吸收。這一過程需耗用酸和堿，如用雙極膜電滲析，將海水酸化同時(shí)制堿，堿用于吸收澳素，這一過程可與海水淡化工程相結(jié)合，利用海水淡化后的濃水，除提漠外還可制堿和酸，避免濃水回海，造成海水鹽度增加破壞海洋生態(tài)，可謂一舉多得。在氯堿生產(chǎn)過程中，同樣存在類似問題，精鹽電解前需酸化，而粗鹽液精制前要進(jìn)行堿化，如利用雙極膜電滲析，將精鹽酸化，將制得的堿應(yīng)用于粗鹽液精制，可節(jié)省大量酸堿，降低能耗。在烷基化反應(yīng)中，

13、采用HF做為催化劑，洗液是KF,通過雙極膜電滲析轉(zhuǎn)化為HF循環(huán)使用，而氫氧化鉀則用于HF酸洗液。對于一些多酸鹽類化合物的制取可用單陽膜雙室雙極膜電滲析進(jìn)行轉(zhuǎn)化。如重銘酸鈉的制備，一般是用銘酸鈉進(jìn)行酸化，然后分離制得，如果利用雙極膜電滲析，從銘酸鈉分子中移出一個(gè)鈉離子，利用雙極膜產(chǎn)生的H+實(shí)現(xiàn)“無陰離子酸化”，這在化工生產(chǎn)中無疑是一個(gè)新的酸化方式，類似的還有，如鴇酸鏤生產(chǎn)偏鴇酸鏤，鋁酸鏤轉(zhuǎn)化為仲鋁酸鏤。這一過程對后續(xù)分離精制帶來極大的方便，提高了產(chǎn)品的純度。在一些金屬氫氧化物和金屬氧化物，特別是無機(jī)顏料的生產(chǎn)過程中，消耗酸堿，并副產(chǎn)含鹽廢水，在有些產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中可實(shí)現(xiàn)酸堿的循環(huán)利用，在這方面有很

14、大的應(yīng)用空間，值得去探討和實(shí)驗(yàn)，如鋁酸生產(chǎn)過程中消耗氨水和硝酸，轉(zhuǎn)化為硝酸鏤，生成酸堿可循環(huán)利用；堿法活性氧化鋁生產(chǎn)過程中，使用氫氧化鈉和硝酸，副產(chǎn)硝酸鈉，轉(zhuǎn)化成酸堿可循環(huán)使用；堿法鈦白粉生產(chǎn)大量使用氫氧化鈉和硫酸副產(chǎn)硫酸鈉，由于使用的酸濃度不是很高，因此也可以利用雙極膜電滲析分離出酸堿并循環(huán)利用；苦鹵粉生產(chǎn)活性氧化鎂等等。另外，一些產(chǎn)品利用雙極膜電滲折來生產(chǎn)工藝也值得探討，如BaCl2+NaOH+生產(chǎn)Ba(OH”。能否采用雙極膜法；二氧化氯生產(chǎn)，一般采用氯酸鈉酸性條件下用還原劑還原，能否采用雙極膜電滲折脫鈉酸化，再進(jìn)行還原；菱鎂礦制氫氧化鎂，副產(chǎn)氯化鏤的循環(huán)利用；離子交換樹脂轉(zhuǎn)型廢液處理等等

15、。2、在濕法冶金與金屬加工方面雙極膜電滲析在濕法冶金和金屬加工領(lǐng)域的污水治理和酸堿循環(huán)利用方面有著極其重大的意義，越來越受到人們的關(guān)注。在濕法冶金與金屬加工行業(yè)的生產(chǎn)過程中，會(huì)有大量含金屬離子的酸溶液、堿溶液以及鹽溶液產(chǎn)生，它的循環(huán)再利用會(huì)大大降低它們的生產(chǎn)成本，同時(shí)也適應(yīng)了當(dāng)前企業(yè)面臨的節(jié)能減排，保護(hù)自然環(huán)境的要求；生產(chǎn)成本的降低和冶煉技術(shù)的提高會(huì)使當(dāng)前一些低品位礦物也有其利用的價(jià)值，從而大大緩解資源緊缺狀況。但應(yīng)用時(shí)會(huì)涉及傳統(tǒng)工藝的一些改變，還需做大量的基礎(chǔ)研究工作，一些被認(rèn)為污染大，消耗高的老工藝可能被重新使用或改進(jìn)，揚(yáng)其長,避其短。濕法冶金的廢鹽主要來源于酸浸或堿溶后的溶液調(diào)整酸、堿度

16、的中和過程，以及皂化萃取劑時(shí)發(fā)生的交換反應(yīng)，這些廢鹽分離成酸堿，實(shí)現(xiàn)流程的閉路循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)真正的污水零排放。金屬加工的廢液主要來源于酸洗，這些廢液可通過中和沉淀脫除其中的金屬離子（如：鐵、鈣、重金屬），鹽液分離成酸堿后可分別用于酸洗、中和沉淀，使酸、堿閉路循環(huán)實(shí)現(xiàn)污水零排放和有用資源的有價(jià)回收。例1:低品位冰銅處理低品位冰銅例3:不銹鋼酸洗液處理工藝以上的工藝中均可實(shí)現(xiàn)閉路無污染工藝，減少了傳統(tǒng)工藝中的二次污染。3、在廢氣處理方面在一些焚燒廢氣治理中，一些有害氣體的富集回收方面，雙極膜電滲析也有廣闊的應(yīng)用前景，石化尾氣焚燒、煤電廠煙道氣脫硫等，如煤電廠脫硫，現(xiàn)行的方法大部分為石灰法，部分是氧化

17、鎂法，產(chǎn)生大量廢渣，利用價(jià)值很低，氧化鎂法煨燒回收氧化鎂和二氧化硫，能耗和二次污染也存在很大問題，采用雙極膜電滲析法上述問題可以得到很好的解決，工藝流程如下：MOH+班沁回收僦酸該工藝中Na2SO4可用三室雙極膜電滲析生產(chǎn)出硫酸，堿和稀鹽，堿和稀鹽進(jìn)入堿室，也就是該工藝有兩個(gè)副產(chǎn)物，一是高濃度SO2（95%）;二是稀硫酸?；厥盏腟O2用于生產(chǎn)硫酸，可取代用硫磺法生產(chǎn)硫酸和三氧化硫，這個(gè)量是相當(dāng)大，并且操作穩(wěn)定，吸收率高，生產(chǎn)環(huán)境清潔。4、有機(jī)化工方面（一）有機(jī)酸類產(chǎn)品的生產(chǎn)有機(jī)酸類是指酸類（一元酸、多元酸、氨基酸等）配類，航基化合物（如硫醇類）磺酸類等，但能直接利用雙極膜電滲析將其堿金屬鹽轉(zhuǎn)化

18、為酸和堿或從混合物中分離出來的有機(jī)酸大多是在水中有一定溶解度的，少數(shù)在一些極性溶劑中有一定溶解度的也可實(shí)現(xiàn)，但此類產(chǎn)品生產(chǎn)的電耗可能要高些。與傳統(tǒng)的鈣鹽法相比，它不使用成分復(fù)雜的石灰（石）也不消耗硫酸,避免大量廢鹽的產(chǎn)生，產(chǎn)品的收率和純化也有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。在一些堿能夠用于上一工序的工藝中，優(yōu)勢就更加顯著。離子交換法和全離子交換法二者原理是相同的，區(qū)別在于堿酸的消耗，普通離子交換法酸堿用量是理論值的35倍，而全離子交換法是理論值的1.1倍，現(xiàn)在全離子交換法在一些有機(jī)酸制造方面廣泛采用，但存在著稀氯化鈉溶液排放問題，同時(shí)也要消耗酸和堿，如果使用雙極膜電滲析則不消耗酸，同時(shí)還能副產(chǎn)堿。雙極膜電滲析的應(yīng)

19、用，對一些有機(jī)酸類生產(chǎn)工藝的改進(jìn)有著重大意義。一些老的工藝可能會(huì)變得經(jīng)濟(jì)，和環(huán)保了。甲酸是重要的有機(jī)酸，主要生產(chǎn)方法有甲酸鈉法、甲酰胺法、甲酸甲酯法、在三種合成工藝中，甲酸鈉法要消耗大量堿和硫酸，產(chǎn)品中氯離子超標(biāo)，現(xiàn)已逐步被淘汰，傳統(tǒng)工藝過程是：CO+NaOH>HCOONa+H2SO4HCOOH+Na2SO4如果在此工藝從甲酸鈉開始利用雙極膜電滲析，則工藝過程則度為A甲酸土上無水甲酸CO+NaOHHCOONaA|雙極膜電滲轉(zhuǎn)|aANaOH-濃縮（2030%）1015%從工藝過程可以看出，它消耗的唯一原料是CO。NaOH閉路循環(huán)使用，不消耗硫酸、不產(chǎn)生廢液和廢渣。NaOH的循環(huán)利用，消除了

20、購入氫氧化鈉中氯離子的進(jìn)入，提高了甲酸的質(zhì)量，因此，無論從能耗、原料、消耗、環(huán)保、設(shè)備投資、工藝的穩(wěn)定性、還是產(chǎn)品質(zhì)量均優(yōu)于甲酸甲酯法，必將成為甲酸生產(chǎn)工藝中最有競爭力的工藝，另外，CO來源豐富。黃磷廠尾氣副產(chǎn)，煤法制甲醇過剩的CO均可作為其廉價(jià)的原料來源。與之配套，可大大增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。由甲酸鈉生產(chǎn)草酸鈉進(jìn)而生產(chǎn)草酸也有同樣效果。丙二酸一般采用氯乙酸鈉與富化鈉反應(yīng)然后堿解，酸化制得，用雙極膜電滲析處理堿解后精制的溶液得丙二酸溶液和氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉循環(huán)利用，不消耗酸，避免了氯化鈉與丙二酸的分離過程，使能耗大大降低。乳酸是三大有機(jī)酸之一，一般采用發(fā)酵法生產(chǎn)，傳統(tǒng)的提取工藝，一般采用離子

21、交換法，導(dǎo)致大量廢水生成，并且產(chǎn)品損失較大，膜法提取工藝為:漿粉.葡萄糖傳統(tǒng)電揍析2E乳酸+觸網(wǎng)極隨由海折2mNaOH（用于控PH值）糖化一發(fā)醉0-5TICI吼戒例+鹽離子交摸衣糠酸和葡萄糖酸、VC等發(fā)酵法生產(chǎn)的有機(jī)酸產(chǎn)品，情形與乳酸類似，同樣可以用雙極膜電滲析法對老的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)甲磺酸是一種重要的有機(jī)酸，它主要用于電子、電鍍、醫(yī)藥、不銹鋼除銹等很多領(lǐng)域，現(xiàn)在的生產(chǎn)方法主要還是以甲基磺酰氯水解為主，生產(chǎn)成本較高，亞硫酸鈉法與雙極膜電滲析結(jié)合可大大降低產(chǎn)品成本，具有相當(dāng)大的競爭優(yōu)勢，工藝過程如下：萃取NaSO5+2NaOH2NaS0-(CH力£0lA2CIhSO：NaI NHIII

22、 雙極膜山漫所一一A甲碳酸對于?；撬嵘a(chǎn)過程與甲磺酸類似，避免了酸化過程，NaOH可循環(huán)使用。石油堿渣是成分較為復(fù)雜的有機(jī)酸類混合物，它是從煤油、柴油堿洗而得，它需酸化后進(jìn)行精制。主要產(chǎn)品為環(huán)烷酸，這樣，它會(huì)消耗堿和酸，副產(chǎn)硫酸鈉，如果利用雙極膜電滲析將硫酸鈉轉(zhuǎn)化為堿和酸實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，既降低生產(chǎn)成本，又消除了廢鹽液，一舉兩得。石蠟氧化合成脂肪酸的工藝過程與此相同。類似的情況，在很多種不溶于水的有機(jī)酸生產(chǎn)過程中都存在，這些廢鹽水的量是非常驚人的，并且還會(huì)含有一定量的有機(jī)有害物質(zhì)，如果單純制成鹽，從經(jīng)濟(jì)價(jià)值上說，是非常不值得的，排放又對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，用簡單制鹽的方法治理，會(huì)給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)

23、負(fù)擔(dān)，用雙極膜電滲析將其轉(zhuǎn)化為酸和堿循環(huán)使用，只是消耗一定量的電，但它遠(yuǎn)低于購入酸堿的費(fèi)用，因此在治理污水的同時(shí)，也降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，可謂一種完美的治理方案。這方面的應(yīng)用尚待開發(fā)。在酚及其衍生物的生產(chǎn)過程中，有很多存在磺化或氯化、堿熔、酸化過程，這意味著在生產(chǎn)過程中要消耗大量的堿和酸而產(chǎn)生大量的含酚廢鹽液，這些含酚鹽液的治理是非常困難的，很難做到達(dá)標(biāo)排放，如果在生產(chǎn)過程中利用雙極膜電滲析，做到工藝水的閉路循環(huán)，和酸堿的閉路循環(huán)，既可使廢水中的產(chǎn)品重新回到生產(chǎn)系統(tǒng)得以回收，又把排放降到最低，近乎零，可摘掉酚類生產(chǎn)企業(yè)污染大戶的帽子。苯酚是產(chǎn)量最大的酚，它的反應(yīng)過程是：CH+H60*CJLSO

24、3HCHSOH+NafCh>CHSONa+SOJ+H±OCHSONa+NaOH>CrlbONa+NisO，IC.H.ONa+SOi>C、H$OH+NaBCh此工藝的特點(diǎn)是設(shè)備簡單，對材質(zhì)要求不高，產(chǎn)品質(zhì)量好，收率較高,缺點(diǎn)是濃縮能耗高，耗用大量硫酸和氫氧化鈉，副產(chǎn)大量亞硫酸鈉，清華大學(xué)余立新老師與燕石化利用雙極膜對此工藝進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后該系統(tǒng)酸堿均可循環(huán)使用，反應(yīng)物料循環(huán)如下:02GH什H£04>GHSChHCHfChH+NaSCh>C6H6ONa+SO+HOCHSONa+NaOHGHQNa+NafCht雙極膜電滲析可碳室循環(huán)oAJ道緬1濃，G

25、HQH水去浸取從物料循環(huán)和物料衡算可以看出，理論上只需苯一種原料，酸、堿、水形成閉路循環(huán)，可謂盡善盡美了。水楊酸（鄰羥基苯甲酸）及其異構(gòu)體和它們的衍生物合成，普遍采用酚類鈉鹽或鉀鹽與CO2進(jìn)行?；磻?yīng)來合成，然后酸化，生產(chǎn)中消耗大量酸和堿，特別是一些采用鉀鹽合成的產(chǎn)品，堿的回收尤為重要，如對羥基苯甲酸。OH1XOOHKCO=12KOH4He|KOH:雙極膜電濠析氨基酸分離是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，氨基酸是兩性的，它在某一個(gè)固定的PH值（等電點(diǎn)）時(shí)，氨基酸是中性分子，在PH值高于等電點(diǎn)的溶液中呈現(xiàn)負(fù)離子性質(zhì)，而低于等電點(diǎn)時(shí)呈現(xiàn)正離子性質(zhì)，因此，在溶液PH值偏離等電點(diǎn)時(shí)，會(huì)對陰、陽膜有不同的選擇透過

26、性，依據(jù)氨基酸的這一特性，在對氨基酸進(jìn)行分離時(shí)，必須對鹽液的PH值進(jìn)行控制，才能達(dá)到定向的分離效果，并且PH值偏離等電點(diǎn)越遠(yuǎn)分離效果就越好。氨基酸的分離有如下幾種情況：(1)單一種氨基酸與陽離子形成的鹽；(2)單一種氨基酸與陰離子形成的鹽；(3)單一種氨基酸鹽與鹽的混合物；(4)多種氨基酸鹽與鹽的混合物；(5)多種氨基酸(或鹽)的混合物；針對不同的情況應(yīng)采用不同型式的雙極膜電滲析和不同的操作條件來實(shí)現(xiàn)分離過程。在一些中性水溶的有機(jī)化工產(chǎn)品生產(chǎn)中，產(chǎn)生一些水溶性有機(jī)酸鹽，同產(chǎn)品混在一起，習(xí)慣性做法是分步結(jié)晶，或萃取，這樣做法存在一些問題，產(chǎn)品中含有鹽，鹽中含有少量產(chǎn)品。如：在鈉法季戊四醇生產(chǎn)中，

27、副產(chǎn)的甲酸鈉同產(chǎn)品混在一起?，F(xiàn)在的做法是濃縮，首先季戊四醇結(jié)晶，再濃縮甲酸鈉結(jié)晶，如此返復(fù)幾次，控制產(chǎn)品的灰分，超標(biāo)為止。近幾年有些生產(chǎn)企業(yè)，采用了普通電滲析，先脫鹽再結(jié)晶這樣大大提高了產(chǎn)品收率和產(chǎn)品質(zhì)量，仍得到甲酸鈉，如果采用雙極膜電滲析取代普通電滲析，在噸產(chǎn)品電耗略有增加的情況下，會(huì)產(chǎn)出甲酸和氫氧化鈉，甲酸部分返回反應(yīng)，其余萃取蒸儲(chǔ)得到無水甲酸，可作為產(chǎn)品出售，氫氧化鈉全部返回反應(yīng)，基本可以自給自足，每年節(jié)省的原料是非?？捎^的。新戊二醇與其類似，但新戊二醇是采用精微的方法將醇與鹽及其它雜質(zhì)分開。能否將鹽脫除再進(jìn)行結(jié)晶分離是否可行，這還有待探討和實(shí)驗(yàn)，無凝的堿可以循環(huán)使用并副產(chǎn)甲酸。在三羥甲

28、基乙烷和三羥甲基丙烷（TMP）生產(chǎn)中也同樣副產(chǎn)甲酸鈉。這兩種產(chǎn)品與甲酸鈉的分離就沒有以上兩種產(chǎn)品簡單，最終需蒸干后萃取產(chǎn)品才可徹底分離出來，能否使用雙極膜電滲析或與普通電滲析結(jié)合徹底脫去甲酸鈉后可直接精制，這個(gè)問題很值得研究。聚乙烯醇生產(chǎn)過程中，在聚醋酸乙烯醇解過程中副產(chǎn)醋酸鈉，如果轉(zhuǎn)化為醋酸和氫氧化鈉，均可循環(huán)利用，并省去硫酸酸化和大量稀硫酸鈉廢水，這是當(dāng)前該行業(yè)的一個(gè)重大污染源和治理負(fù)擔(dān)。谷氨酸鈉（味精）生產(chǎn)過程中，用硫酸調(diào)等電點(diǎn)分離出谷氨酸，母夜中仍有20%的產(chǎn)品和硫酸鏤，用雙極膜電滲析脫鹽并轉(zhuǎn)化為硫酸和氨水，硫酸調(diào)節(jié)電點(diǎn)循環(huán)使用，氨水返回發(fā)酵調(diào)PH值，脫鹽液可進(jìn)一步濃縮用電點(diǎn)法分離出合

29、格的谷氨酸，這一工藝的使用勢必對味精生產(chǎn)帶來一場技術(shù)革命。（二）有機(jī)堿類產(chǎn)品生產(chǎn)有機(jī)堿主要有胺類（伯胺、仲胺、叔胺、季胺、多胺等）月井類、毗咤類等。大部分胺類合成工藝中都有無機(jī)堿參與反應(yīng)，如堿化反應(yīng)、即胺鹽與堿反應(yīng)、游離出胺，這一過程除消耗燒堿外，還造成大量廢鹽的產(chǎn)生。對于一些水溶性的胺可用雙極膜電滲析脫除酸根而實(shí)現(xiàn)堿化這一過程，如乙二胺、1.2一二氯乙烷法，要耗用大量堿（30%堿5.4噸），采用雙極膜電滲折法可脫除反應(yīng)液中的HCL,副產(chǎn)鹽酸。季胺堿如四甲基氫氧化鏤：四乙基氫氧化鏤，傳流的方法是用其氯鹽加堿或加氧化銀，現(xiàn)在少數(shù)采用電解法（陽離子隔膜）但產(chǎn)生氯氣，回收有一定難度?，F(xiàn)在用雙極膜法少

30、，試已收到良好的效果，正進(jìn)行工業(yè)化中間試驗(yàn)。烷基月井類生產(chǎn)中，最后一步加堿蒸儲(chǔ)。應(yīng)該可以用雙極膜電滲析來替代，有持于嘗試。毗咤類產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，同樣需要堿類游離或反應(yīng)，有必要對此類產(chǎn)品生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)。（三）其它有機(jī)合成：除有機(jī)酸和有機(jī)堿外，其它有機(jī)合成也同樣存在大量消耗酸和堿的工藝過程，如染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等有機(jī)中間體的生產(chǎn)過程，應(yīng)用雙極膜電滲析，會(huì)對其降低污染，提高產(chǎn)品收率，實(shí)現(xiàn)酸堿循環(huán)利用，均有太寬太廣的探索空間。如富乙酸、氨基甲酸、氨二乙酸、酰胺類（甲基丙烯酰胺N.N一二甲基丙烯酰胺。亞甲基雙丙烯磷胺等）睛類（3一羥基丙睛、丙酮睛醇等等）各類染料及有機(jī)顏料的合成過程中，均有酸化或堿化等過

31、程，一些水溶性的均可用雙極膜電滲析直接進(jìn)酸化或堿化，這些重污染型產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝改進(jìn)均有待開發(fā)；亞硝酸酯的無酸合成并副產(chǎn)氫氧化鈉工藝也值得研究。（四）有機(jī)電合成雙極膜作為有機(jī)電合成的隔膜是一個(gè)新興的合成工藝。它的特點(diǎn)是兩個(gè)配對的產(chǎn)品分別在陰極和陽極，可在穩(wěn)定的酸性條件和堿性條件下反應(yīng)，這就大大拓寬了配對合成的可能性。可大大降低兩種產(chǎn)品交叉污染的可能性。在這一方面福建師范大學(xué)陳震教授等做了大量工作。（五）農(nóng)副產(chǎn)品化工農(nóng)副產(chǎn)品是一個(gè)重要的有機(jī)化工產(chǎn)品合成的原料，有太多的產(chǎn)品是通過農(nóng)副產(chǎn)品加工制取，如糠醛、木糖、低聚糖、乳清脫鹽、纖維素、紙漿、植酸果膠，檸檬酸、植物苗醇、咖啡咽等等。在很多物質(zhì)的制取過

32、程中要用到酸和堿處理，這樣，酸堿的回收就顯得尤為重要，否則將對環(huán)境造成很大污染和成本的增加。例如木糖的生產(chǎn)?，F(xiàn)在工藝是玉米芯2和3,班總,_I，粉碎預(yù)洗,酸解,穗灌,nr一離交換一濃縮一結(jié)楠一產(chǎn)品石鬢乳i1_木糖液-過謔一-1CaSOt脫色在現(xiàn)有工藝中，向木糖液中加石灰乳，產(chǎn)生硫酸鈣沉淀，這一步的過濾難度非常大，會(huì)夾帶一部分產(chǎn)品，并留在母液中大量的鈣、鐵等雜質(zhì)離子，給后面的離子交換造成很大的負(fù)擔(dān)，離子交換樹脂再生廢液很多，造成嚴(yán)重污染，對現(xiàn)有工藝進(jìn)行的改進(jìn)從以下幾個(gè)方面入手，一方面采用超濾膜對木糖液進(jìn)行脫色和除膠，脫除率高達(dá)80%以上。另一方面，進(jìn)一步脫除二價(jià)離子后，利用雙極膜電滲析將有機(jī)酸和

33、無機(jī)酸（硫酸）脫出，濃度達(dá)到35%,返回酸解循環(huán)使用。處理1噸木糖液霧耗電100150kwh再一方面采用反滲透膜進(jìn)行濃縮（20-25%）可大大降低煤耗；還有少量離子交換廢液直接利用雙極膜電滲析轉(zhuǎn)化為酸堿循環(huán)再生使用，并回收植酸。這一多種膜分離技術(shù)的巧妙結(jié)合，大大降低了木糖的生產(chǎn)成本，也徹底消除污水，實(shí)現(xiàn)木糖生產(chǎn)污水零排放。造紙黑液是困繞造紙業(yè)的一個(gè)重大難題，隨著國家對排污的嚴(yán)格控制，企業(yè)不得不對其進(jìn)行徹底治理，治理費(fèi)給企業(yè)帶來沉重的負(fù)擔(dān)，多年來推出了多種治理方法，由于黑液的成分十分復(fù)雜，很難找到一種既經(jīng)濟(jì)又徹底的治理方法。造紙黑液是造紙過程中植物纖維原料經(jīng)過化學(xué)蒸煮液形成的廢液稱為黑液。原料和

34、蒸煮劑的成分不同所形成的黑液成分也不同。每噸漿排出的黑液量約為810m3。廢水量是很大的，而耗堿量更是大的驚人，這一部分資源如果不能收回，一是造成巨大污染，二是浪費(fèi)資源，現(xiàn)在人們正在尋找有效的解決途徑。現(xiàn)在有很多廠家采用焚燒、殘?jiān)铱粱厥諌A，循環(huán)利用，但一些專家學(xué)者認(rèn)為，黑液中的有機(jī)物是很有價(jià)值化工原料資源，對其進(jìn)行深加工可合成分離出很多具有很高利用價(jià)值的物質(zhì)，燒掉是十分可惜和浪費(fèi)的。對于造紙黑液的綜合利用已進(jìn)行很多研究，并取得了很多有價(jià)值的成果，但對提取有機(jī)物后的廢無機(jī)鹽液的處理尚無行之有效的方法，如果采用雙極膜電滲析回收堿和酸，基本實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用這將對黑液的治理實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展。大豆蛋

35、白生產(chǎn)普遍采用堿溶酸沉工藝，會(huì)產(chǎn)生大量的乳清液，其中含有大量有價(jià)值成分，如：低聚糖、異黃酮等，另外還含有大量無機(jī)鹽，每生產(chǎn)1噸大豆蛋白要產(chǎn)生10噸左右乳清液。如果排放會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，現(xiàn)在處理方法主要采用超濾、納濾、反滲透等方法，能夠回收部分有價(jià)成分，但無機(jī)鹽只是濃縮而無利用價(jià)值，如果采用雙極膜電滲析將其中的無機(jī)鹽轉(zhuǎn)化為酸和堿得以循環(huán)利用，這樣會(huì)大大降低生產(chǎn)成本。徹底消除污染，將加快我國大豆深加工業(yè)的發(fā)展步伐。木質(zhì)纖維素是地球上最豐富的可再生資源，據(jù)測算年總產(chǎn)量1500億噸，如作物秸桿林業(yè)生產(chǎn)廢棄物等，現(xiàn)在的開發(fā)利用率很低，它的一個(gè)很好的用途就是生產(chǎn)燃料乙醇，隨著石油價(jià)格的上漲，越來越受到人們重視。纖維素生產(chǎn)燃料乙醇是生物燃料乙醇發(fā)展最有意義的一條途徑，纖維素生產(chǎn)燃料乙醇有兩條不同的技術(shù)路線，一是酸水解，二是酶水解。其中酸解法是采用鹽酸或硫酸，將纖維素轉(zhuǎn)化為糖，然后發(fā)酵為乙醇，它的技術(shù)關(guān)鍵在