镁离子对脱硫废水电解-电渗析过程的影响

2.2不同Mg2+浓度对槽电压的影响

不同的Mg2+浓度下,槽电压在上述4组实验中随时间的变化分别如图3中(a)、(b)、(c)、(d)所示。由图3可知,随着电解反应的进行,对应不同Mg2+浓度下,槽电压在允许波动范围内整体趋势几乎保持不变。

这是因为各个极室电解液的浓度的绝对变化量很小,所以恒电流电解条件下槽电压并没有明显变化;图3(c)、(d)中槽电压波动是因为电解过程中Mg2+要形成沉淀,中间室中的Mg2+形成的沉淀会附着在阳离子膜上,阴极室内的Mg2+形成沉淀会附着在阴极板上,阻碍了离子的迁移,溶液的导电性受到影响,因此导致槽电压略有波动。

从图3中还可看出,随着Mg2+浓度的增加,槽电压也有所增加,槽电压增加意味着能耗提高。图3(a)和图3(b)中可以看出,当阴极液全部为MgCl2溶液(Cm=0.274mol/L)时,槽电压有所下降,但是要比阴极液全部为CaCl2时略高。这是由于Mg2+会与电解产生的OH-结合形成沉淀,附着在阴极板及阳离子膜上,阻碍了离子在极板上放电以及穿过阳离子膜,电解液电阻增大,因此会使槽电压升高。

2.3不同Mg2+浓度对电耗的影响

不同的Mg2+浓度下,电耗在上述4组实验中随Mg2+浓度的变化规律分别如图4中(a)、(b)、(c)、(d)所示。由图4可知,以Cl-计的平均电耗随着Mg2+浓度的增加而增大,且图4(c)与图4(d)的数值整体上要略大于图4(a)、(b)的数值。这是由于Mg2+的浓度越高,由前文可知电解槽电压越大,达到相同的pH的电解时间越长,从而导致电耗越高;此外,Mg2+会与电解产生的OH-结合形成沉淀,附着在阴极板上和阳离子膜上,阻碍了离子在极板上放电以及穿过阳离子膜,电解液电阻增大,导致槽电压增大,从而使电解过程的电耗增加。

当阴极液全部为MgCl2溶液(Cm=0.274mol/L)时,此时由式(1)计算得到的电耗很高,与其他Mg2+浓度下的电耗不在同一数量级,并没有可比性,因此图4(a)中将此结果舍去。实验中发现,若溶液中的Mg2+浓度大于0.179mol/L,阴极板和阳离子膜上附着的沉淀物较多。因此在实际应用过程中,若脱硫废水中的Mg2+浓度大于0.179mol/L,则电解之前应设法将镁离子除去,避免产生沉淀附着在阴极板和阳离子膜上;若脱硫废水中Mg2+浓度小于0.179mol/L,只需定期用酸清洗阴极板及阳离子膜即可。

3结论

利用三室两膜电解槽装置,本文通过实验研究了Mg2+对脱硫废水电解过程中的影响规律,在本实验条件下,可以得到以下结论。

(1)Mg2+存在于阴极室时,会消耗电解过程中产生的OH-,导致pH难以升高,产生一段pH平稳期;Mg2+还会形成沉淀附着在阴极板上,阻碍了离子放电,使槽电压升高,从而导致电耗增加,并使Cl-的消减量降低。

(2)Mg2+存在于中间室时,在其通过阳离子膜到达阴极室的过程中,会与阴极室中的OH-结合形成沉淀,附着在阳离子膜上,导致槽电压波动并升高,从而增加电耗;阳离子膜若被沉淀物堵塞,则会导致Ca2+的迁移量降低,由于Ca2+和Cl-的迁移是同时进行的,因此Cl-的迁移量也会降低,从而影响Cl-的消减量;

(3)Mg2+的浓度越高,对电解-电渗析过程中的pH、槽电压及电耗的影响越大。当脱硫废水中的Mg2+浓度大于0.179mol/L时,阴极板和阳离子膜上附着的沉淀物较多。因此在实际应用过程中,需采用化学沉淀法或其他方法对脱硫废水进行预处理,将大部分Mg2+除去再进行电解;若脱硫废水中的Mg2+浓度小于0.179mol/L,只需定期对阳离子膜及阴极板进行酸洗即可,并定期更换离子膜,便能保证系统运行的可靠性。

来源化工进展；作者：杨博,李玉忠,崔琳,李广培,董勇

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