电渗析法分离烟气氨法脱硫浆液中的Cl-

1.3实验装置

实验所用电渗析装置委托定制，型号IONLYER2040-40。膜堆以一级一段立式组装，由20对200mmx400mm尺寸的异相阴阳离子交换膜交替排列，膜与膜之间用聚丙烯材质隔板装配而成，阴膜型号为AM-06，阳膜型号为CM-03，有效膜面积为1.0m2。其他附件(如电极板、泵、压力表、流量计、阀门、压紧板等)均由耐硫铵浆液腐蚀的材质制做。

如图2所示，膜堆内流路由3个循环组成：

①浓液(自来水)由浓室箱经增压泵进入膜组件，然后返回至浓室箱，构成浓室循环；

②作为冷却电极用的极水(质量分数1%的Na2SO4溶液)从极水箱经增压泵流经电极的正、负极后返回极水箱，构成极水循环；

③NH4CI溶液或含有NH4CI的脱硫浆液由淡室箱经增压泵进入膜组件淡室隔室，然后返回淡室箱，构成淡室循环。

图2电渗析分离脱硫浆液中Cl-工艺流程

实验中浓室箱和淡室箱溶液体积均为5L，极水体积为4L。实验中可调节电压、循环流量、溶液pH等参数，定时取出水样分别以自动电位滴定法和分光光度法测定浓淡室中Cl-和SO42-的含量。

2结果与讨论

2.1操作参数对Cl-迁移效果的影响

在运用电渗析装置对硫铵浆液中的Cl-进行脱除之前，考察Cl-在电渗析装置中的迁移行为，研究了电压、循环流量、浆液pH等参数对Cl-迁移行为的影响，得到装置运行的优化条件。

2.1.1电压

电渗析装置在运行过程中离子迁移的主要推动力为电压，不同的电压会造成离子在膜堆中具有不同的迁移速度，而且在不同电压条件下电流密度也不相同，从而影响电渗析装置对Cl-的分离效果。为了探索电压与离子在膜堆中的迁移速度的关系，以及相同电压下离子的迁移量与时间的关系，用电渗析装置在不同电压条件下进行实验并定时取样分析浓室中Cl-的含量，得到不同电压条件下Cl-含量随时间的变化关系(浓室和淡室体积流量均为300L/h，pH约为6.6)，如图3所示。

图3不同电压条件下浓室中Cl-含量随时间的变化

由图3可知，在不同电压条件下，浓室中的Cl-含量均先快速上升，然后逐渐趋于稳定。浓室中Cl-含量增加速度渐渐变慢，将最终浓室中Cl-含量稳定的状态视作完全迁移。而且随着电压的增大，Cl-实现完全迁移至浓室所需要的时间也变短，在电压为20V以上时，实现Cl-完全迁移只需要约30min，而在电压为15V时则需要40min，可见离子迁移效率与电压大小呈正相关。电渗析过程中Cl-迁移效果可通过迁移率f(Cl-)来表达，其计算式为：

式中，ρt和Vt分别为浓室中t时刻时的Cl-的质量浓度与体积，ρ0和V0分别分别为浓室中初始Cl-的质量浓度与体积，ρ1和V1分别为淡室中初始Cl-的质量浓度与体积。

通过计算可以得出在不同电压条件下电渗析装置运行30min时Cl-的迁移率，如表1所示。

表1不同电压条件下Cl-迁移率的比较

由表1可见，随着电压增大，单位时间内通过离子交换膜的离子数增多，迁移率随之增加。但是，电极之间的电流会随着电压的上升而增加，电压过大也会产生浓差极化现象，从而增大面电阻、降低电流效率，而且长期在高电压下工作会降低离子交换膜以及电极的使用寿命。由表1还可知，当电压为20V以上时Cl-的迁移率变化不大。所以，在此实验条件下，从能耗和最终Cl-的迁移率角度考虑，电渗析装置分离Cl-的优化电压为20V。

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