双极膜电渗析清洁生产有机酸的研究

【摘要】： 本文主要分为两个部分，其一，通过实验设计采用三种不同价态的有机酸根离子作为研究对象，考察各影响因素对有机酸根离子通过阴离子交换膜传质的影响，初步探讨了不同价态酸根离子通过阴离子膜的离子竞争规律；其二，基于前面的实验规律将二隔室双极膜电渗析法应用于草酸钠悬浮液萃取废液中甲酸的回收，研究不同条件下甲酸根离子和碳酸根离子在透过阴离子膜的竞争性，从而获得回收甲酸的最佳工艺条件。得出以下结论： 采用双极膜电渗析生产乙酸、草酸、柠檬酸时，膜堆的电压大小同有机酸根离子极限当量电导相关，极限当量电导值越大，电压越小。产物酸的浓度随盐的初始浓度、电流密度的增加而增加。实验测定出T_(C_2O_4~(2-))~(CH_3COO)=1．826、T_(C_6H_5O_7~(3-))~(CH_3COO~-)=2．481、T_(CH_3COO~-)~OH~-=9．416，说明阴离子膜对酸根离子的选择渗透性大小排列为：OH~-CH_3COO~-C_2O_4~(2-)C_6H_5O_7~(3-)，选择渗透性越强，离子的迁移量就越大，产物的浓度也就越大。对于BP-A构型，电流密度越小，盐浓度越高时，电流效率越大，能耗越低，且电流效率最大值能达到75％；乙酸、草酸、柠檬酸的能耗分别是3．8～1 5．7、7．3～21．1、8．1～22．7 kWh kg~(-1)。不同构型下电流效率最大为95％，能耗顺序为E_(BP-A)E_(BP-A-C)E_(BP-C)，且E_(乙酸)E_(草酸)E_(柠檬酸)。最优构型为BP-C构型。 通过二隔室双极膜电渗析法验证了草酸废液中同时回收甲酸和碳酸是可行性的。结果显示出甲酸和碳酸的电流效率分别达到72％和2 1％，而能耗分别为4．3-16．6 kWh kg~(-1)和20．1-96．3 kWh kg~(-1)。当甲酸钠和碳酸钠的摩尔比在0．5-2的范围内时，甲酸根离子是通过阴离子膜的主要迁移离子，产物中甲酸能达到碳酸的12倍，这主要归咎于阴离子膜对甲酸根离子具有较强的亲和力。当考虑甲酸根和碳酸根竞争时，容易忽略OH~-对它们的竞争作用，特别是在高电流密度和长时间运行下，OH~-的强竞争性能够导致电流效率的下降和能耗的增加。 【关键词】：双极膜 电渗析 离子竞争 选择渗透性 草酸废液
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致谢8-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 双极膜概述13-19
• 1.1.1 双极膜的结构13
• 1.1.2 双极膜的水解离13-15
• 1.1.3 双极膜的制备15-16
• 1.1.4 双极膜电渗析的应用16-19
• 1.2 论文研究思想和主要工作19-21
• 1.2.1 传统的有机酸生产工艺19
• 1.2.2 双极膜电渗析法生成有机酸19-20
• 1.2.3 论文的目的和意义20-21
• 第二章 双极膜电渗析清洁生产有机酸的研究21-36
• 2.1 概述21
• 2.2 实验部分21-26
• 2.2.1 膜材料及试剂21
• 2.2.2 实验装置与仪器21-22
• 2.2.3 实验设计22-23
• 2.2.4 实验原理23-24
• 2.2.5 指示剂的确定24
• 2.2.6 阴离子膜的选择渗透性的确定24-25
• 2.2.7 实验操作步骤25-26
• 2.3 BP-A构型中实验结果与讨论26-31
• 2.3.1 电压-时间曲线26-27
• 2.3.2 浓度-时间曲线27-29
• 2.3.3 电流效率29-30
• 2.3.4 能耗30-31
• 2.4 不同构型中实验结果与讨论31-36
• 2.4.1 电压-时间曲线31-33
• 2.4.2 浓度-时间曲线33-34
• 2.4.3 电流效率34
• 2.4.4 能耗34-35
• 2.4.5 小结35-36
• 第三章 双极膜电渗析法回收草酸萃取废液中的甲酸36-48
• 3.1 概述36-37
• 3.1.1 草酸制备工艺36
• 3.1.2 双极膜电渗析法处理草酸废液36-37
• 3.2 实验部分37-38
• 3.2.1 实验原料37
• 3.2.2 实验原理与装置37
• 3.2.3 酸的浓度的确定37-38
• 3.2.4 阴离子交换膜对HCOO~-和CO_3~(2-)的离子选择渗透性的确定38
• 3.3 结果与讨论38-47
• 3.3.1 电压-时间曲线39-42
• 3.3.2 浓度-时间曲线42-45
• 3.3.3 电流效率45-46
• 3.3.4 能耗46-47
• 3.4 小结47-48
• 第四章 结论与展望48-49
• 参考文献49-52

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