双极膜电渗析的应用
自双极膜[5]于1977年作为商业产品上市，已经确定了大量的潜在应用，并在实验室或中试工厂规模上进行了广泛研究[31]。然而，尽管该技术具有明显的技术和经济优势，大规模的工业工厂仍然相当罕见。不愿使用双极膜的主要原因电渗析现有的双极和单极膜的缺点，导致膜的使用寿命短，电流利用率差，产品污染高。然而，在化学加工工业、生物技术、食品加工和废水处理中也有一些小规模的应用。表2总结了电渗析的一些潜在应用。
应用程序 |
流程开发状态 |
潜在优势 |
应用相关问题 |
从盐中生产矿物酸和碱 |
中试装置运行 |
较低的能源消耗 |
产品污染，膜稳定性差 |
从发酵过程中回收有机酸 |
商业的植物 |
一体化流程，降低成本 |
膜稳定性不佳，有污垢 |
化学过程中的ph控制 |
实验室测试 |
更少的化学品和盐的生产 |
应用经验，流程成本 |
从烟气中去除二氧化硫 |
广泛的中试工厂试验 |
盐产量下降 |
长期膜稳定性 |
回收从钢酸洗溶液中提取HF和HNO3 |
商业的植物 |
回收酸和减少盐的处理 |
工艺相对复杂，投资成本高 |
离子交换树脂再生 |
中试装置试验 |
减少盐的处理 |
投资成本高 |
高纯水生产 |
实验室测试 |
较好地去除弱酸和弱碱 |
没有长期经验 |
5.2.1双极膜电渗析生产酸、碱
双极膜电渗析最大的潜在应用是从相应的盐生产酸和碱。目前，烧碱是用电解法与氯作为副产物生产的。利用双极膜电渗析，从相应的盐中生产烧碱和酸来代替氯，是一种较低能耗的传统氯/碱电解的有趣选择。然而，在高离子浓度下，膜稳定性差，渗透选择性不足，导致产品盐污染严重，电流利用率低，在操作条件下膜寿命短。双极膜电渗析的无问题操作也需要大量的盐溶液预处理。大量实验室试验的总体结果表明，目前采用双极膜电渗析法生产矿物酸、碱在经济条件下不能满足产品质量要求。
然而，当酸或碱必须从化学反应或中和过程中获得的盐中回收时，情况就完全不同了。在这些情况下，对回收的酸或碱的浓度和纯度的要求不像生产高质量的商业产品那样严格，并且双极膜电渗析可以经济地应用。
5.2.2双极膜在污水处理中的应用
从中和反应中产生的盐中回收酸和碱减少浪费处理是双极膜电渗析最有前途的应用之一。比较有前途的应用之一是从含有氟化钾和亚硝酸盐的废水中回收氢氟酸和硝酸等酸。该过程如图20所示的简化流程图所示。
用过的酸洗酸用氢氧化钾中和。然后将溶液过滤，沉淀成重的金属氢氧化物是删除。中性氟化钾和亚硝酸盐溶液被送入双极膜电渗析装置，其中盐被转化为相应的酸和氢氧化钾。氢氧化钾被回收到中和槽，酸被回收到酸洗槽。双极膜电渗析装置的贫盐溶液在常规电渗析系统中浓缩并循环利用
从基础到中和
从基础到中和
双极膜
图20钢酸洗中和浴酸回收再利用简化流程图。
双极膜
图20钢酸洗中和浴酸回收再利用简化流程图。
生物质循环
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- 图21一体化电渗析生产工艺简化流程图
直接连接到双极膜单元。的diluate用于过滤器的漂洗和清洗。
用于从废气流中去除对环境有害的成分(如NOx、SO2或NH3)的碱性或酸性洗涤器的处理是双极膜电渗析的另一个有趣应用。在碱性和酸性洗涤器中，会消耗大量的酸或碱，并产生盐，这些盐往往被重金属离子或有机化合物等有毒物质污染。
5.2.3双极膜电渗析技术在生物技术中的应用
双极膜电渗析的一个很有前途的应用是从发酵过程中回收有机酸。该工艺如图21所示，图21展示了基于双极膜电渗析的一体化产品回收工艺，通过连续发酵生产乳酸。
通常，乳酸是在间歇过程中生产的，乳酸的分离和纯化主要是通过离子交换作用，产生大量的再生盐废水。在集成电渗析的生产过程中，如图21所示，最小的离子交换树脂在最后的净化步骤中需要。乳酸盐的浓度是通过常规电渗析和双极膜电渗析将乳酸转化为乳酸来实现的。同时生产的碱基被回收到发酵罐中以控制pH值。
双极膜电渗析技术在生物技术上的其他典型应用包括从葡萄糖酸钠中回收葡萄糖酸和从抗坏血酸钠中生产抗坏血酸。
继续阅读:NDMA的形成途径
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