镁离子对脱硫废水电解-电渗析过程的影响

Mg2+会与OH-相结合形成沉淀析出,会附着在阳离子膜上。阴极室的脱硫废水中的Mg2+会直接与阴极室产生的OH-相结合形成沉淀,附着在阴极板上。由此可知,Mg2+在中间室与阴极室中对电解-电渗析的影响是不同的。因此,本实验分为4组来模拟探究Mg2+分别存在于阴极室和中间室以及同时存在于阴极室与中间室时对电解-电渗析的影响,具体方法如下:

(1)将不同Mg2+浓度的CaCl2与MgCl2的混溶液加入阴极室,中间室加入30g/L的CaCl2溶液;(2)将不同Mg2+浓度的CaCl2与MgCl2的混合溶液加入中间室,阴极室加入30g/L的CaCl2溶液;(3)将CaCl2与MgCl2的混合溶液同时加入阴极室和中间室,保持中间室内Mg2+浓度不变,改变阴极室内的Mg2+浓度;(4)将CaCl2与MgCl2的混合溶液同时加入阴极室和中间室,保持阴极室内Mg2+浓度不变,改变中间室内的Mg2+浓度。

以上4组实验中阳极室加入浓度为0.2mol/L(pH=0.7)的稀盐酸,采用恒流电解,电流大小为0.6A。每次实验结束后,用稀盐酸清洗阳离子膜和阴极板,以保证实验结果具有可靠性。由于第3、4组实验原理与第1、2组实验相类似,因此为了简化实验工况并防止过多的沉淀产生,第3、4组实验仅选取了Mg2+浓度分别为0.042mol/L、0.095mol/L、0.137mol/L、0.179mol/L这4组浓度进行了实验。

为了评估电解过程的能耗,本文以消减脱硫废水中1kg的Cl-所消耗的电量作为电解过程的能耗指标。其计算方法如式(1)所示。

由于Ca2+形成沉淀时的pH约为12.2,电解液初始pH约为7。为了保证Ca2+不会形成沉淀析出,平均电耗以阴极室pH增至11.96时为计算基准。

2实验结果与分析

2.1不同Mg2+浓度对pH的影响

不同的Mg2+浓度下,阴极室pH在上述4组实验中随时间的变化分别如图2中(a)、(b)、(c)及(d)所示。

由图2可知,随着电解过程的进行,阴极液的pH在电解初期上升很快,图2(a)、(c)和(d)中存在平稳期,且图2(a)和图2(c)中该平稳期的时长随着Mg2+浓度的增大而增加,而图2(b)中并没有产生平稳期,图2(d)中的平稳期时长基本相同。平稳期的产生主要由于Mg2+与OH-会结合形成沉淀析出,消耗了OH-,从而导致pH不升高。

图2(b)中没有产生平稳期是因为虽然阴极室溶液中不含Mg2+,但中间室溶液中的Mg2+会穿过阳离子膜到达阴极室,与OH-结合形成沉淀,此时并没有将OH-消耗完全,但是会使pH的升高减缓;图2(d)中平稳期的时长基本相同,这是由于此时阴极室溶液中Mg2+浓度相同。当pH再次升高时,此时溶液中的Mg2+已基本消耗完,所以随着电解的进行,阴极液的pH又逐渐升高。

图2(a)中可以看出当阴极液全部为MgCl2溶液(Cm=0.274mol/L)时,阴极液的pH基本保持在9.8左右,此时即为Mg2+随着电解的进行不断形成沉淀析出的过程。当Mg2+消耗完全阴极液的pH又逐渐升高,随着Mg2+浓度的增加,pH达到11.96时的电解时长也随之增加。

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