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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電滲析技術(shù)綜述摘要:電滲析技術(shù)屬于膜分離技術(shù),廣泛應(yīng)用于食品、化工、廢水處理等行業(yè)的分離純化的生產(chǎn)過程中,有效率高、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。本文重點(diǎn)介紹電滲析技術(shù)的原理和分類,還有電滲析技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用及對(duì)其發(fā)展的展望。關(guān)鍵詞:電滲析 原理 分類 應(yīng)用 展望 1、電滲析電滲析是在直流電場(chǎng)作用下,利用離子交換膜的選擇透過性,帶電離子透過離子交換膜定向遷移,從水溶液和其他不帶電組分中分離出來,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的目的。目前電滲折技術(shù)己發(fā)展成一個(gè)大規(guī)模的化工單元過程,在膜分離領(lǐng)域占有重要地位。廣泛應(yīng)用于化工脫鹽,海水淡化,食品醫(yī)藥和廢水處理等領(lǐng)域,在某些地

2、區(qū)已成為飲用水的主要生產(chǎn)方法,具有能量消耗少,經(jīng)濟(jì)效益顯著;裝置設(shè)計(jì)與系統(tǒng)應(yīng)用靈活,操作維修方便,不污染環(huán)境,裝置使用壽命長(zhǎng),原水的回收率高等優(yōu)點(diǎn)。12、電滲析技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)介電滲析技術(shù)的研究始于20世紀(jì)初的德國(guó),1903年,Morse和Pierce把兩根電極分別置于透析袋內(nèi)部和外部的溶液中發(fā)現(xiàn)帶點(diǎn)雜質(zhì)能迅速地從凝膠中除去;1924年,Pauli采用化工設(shè)計(jì)的原理,改進(jìn)了Morse的試驗(yàn)裝置,力圖減輕極化,增加傳質(zhì)速率,直至20世紀(jì)50年代離子交換膜的制造進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)后,電滲析技術(shù)才進(jìn)入實(shí)用階段。其中經(jīng)歷了三大革新:一是具有選擇性離子交換膜的應(yīng)用,二是設(shè)計(jì)出多層電滲析的組件,三是采用倒換電極的

3、操作式。目前電滲析技術(shù)已發(fā)展成一個(gè)大規(guī)模的化工單元過程,在膜分離領(lǐng)域占有重要地位。電滲析技術(shù)的分類3.1、倒極電滲析倒極電滲析就是根據(jù)電滲析原理,每隔一定時(shí)間 (一般為1520min),正負(fù)電極極性相互倒換,能自動(dòng)清洗離子交換膜和電極表面形成的污垢,以確保離子交換膜工作效率的長(zhǎng)期穩(wěn)定及淡水的水質(zhì)水量。在20世紀(jì)80年代后期,倒極電滲析器的使用,大大提高了電滲析操作電流和水回收率,延長(zhǎng)了運(yùn)行周期。EDR在廢水處理方面尤其有獨(dú)到之處,其濃水循環(huán)、水回收率最高可達(dá)95%。3.2、液膜電滲析液膜電滲析是用具有相同功能的液態(tài)膜代替固態(tài)離子交換膜,其實(shí)驗(yàn)?zāi)P途褪怯冒胪覆AЪ垖⒁耗と芤喊瞥杀訝畹母舭?然

4、后裝入電滲析器中運(yùn)行。利用萃取劑作液膜電滲析的液態(tài)膜,可能為濃縮和提取貴金屬、重金屬、稀有金屬等找到高效的分離方法,因?yàn)閷ふ覍?duì)某種形式離子具有特殊選擇性的膜與提高電滲析的提取效率有關(guān)。提高電滲析的分離效率,直接與液膜結(jié)合起來是很有發(fā)展前途的。例如,固體離子交換膜對(duì)鉑族金屬(鋨、釕等)的鹽溶液進(jìn)行電滲析時(shí),會(huì)在膜上形成金屬二氧化物沉淀,這將引起膜的過早損耗,并破壞整個(gè)工藝過程,應(yīng)用液膜則無此弊端。3.3、填充床電滲析填充床電滲析是將電滲析與離子交換法結(jié)合起來的一種新型水處理方法,它的最大特點(diǎn)是利用水解離產(chǎn)生的H+和OH-自動(dòng)再生填充在電滲析器淡水室中的混床離子交換樹脂,從而實(shí)現(xiàn)了持續(xù)深度脫鹽。它

5、集中了電滲析和離子交換法的優(yōu)點(diǎn),提高了極限電流密度和電流效率。1983年Ke2dem.o.及其同事們提出了填充混合離子交換樹脂電滲析過程除去離子的思想,1987年,Mlillpore公司推出了這一產(chǎn)品。填充床電滲析技術(shù)具有高度先進(jìn)性和實(shí)用性,在電子、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,可望成為純水制造的主流技術(shù)。3.4、雙極性膜電滲析雙極膜是一種新型離子交換復(fù)合膜,它一般由層壓在一起的陽離子交換膜組成,通過膜的水分子即刻分解成H+和OH-,可作為H+和OH-的供應(yīng)源。雙極性膜電滲析突出的優(yōu)點(diǎn)是過程簡(jiǎn)單,能效高,廢物排放少。目前雙極性膜電滲析工藝的主要應(yīng)用領(lǐng)域在酸堿制備。例如,用雙極性膜和陽膜配

6、成的二室膜可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)酸鹽(葡萄糖酸鈉、古龍酸鈉等)的轉(zhuǎn)化,同時(shí)得到堿(NaOH),但濃度(酸最大濃度2molL-1,堿最大濃度6molL-1)和純度兩方面都受到限制?,F(xiàn)在開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域還有廢氣脫硫、離子交換樹脂再生、鉀鈉的無機(jī)過程等。3.5、無極水電滲析無極水電滲析是傳統(tǒng)電滲析的一種改進(jìn)形式,它的主要特點(diǎn)是除去了傳統(tǒng)電滲析的極室和極水。例如在裝置的電極緊貼一層或多層離子交換膜,它們?cè)陔姎馍隙际窍嗷ヂ?lián)接的,這樣既可以防止金屬離子進(jìn)入離子交換膜,同時(shí)又防止極板結(jié)垢,延長(zhǎng)電極的使用壽命。由于取消了極室,無極水排放,大大提高了原水的利用率。無極水電滲析于1991年問世,在應(yīng)用過程中技術(shù)不斷改善,現(xiàn)裝

7、置在運(yùn)行方式上多采用頻繁倒極的形式。目前,無極水全自動(dòng)控制電滲析器已在國(guó)內(nèi)20個(gè)省、市使用,近來,還遠(yuǎn)銷東南亞。3電滲析技術(shù)在食品中應(yīng)用4.1、在竹筍生產(chǎn)中的應(yīng)用傳統(tǒng)竹筍加工過程伴隨著大量廢棄物的產(chǎn)生,以毛竹筍為例,可食部分30%左右,而筍殼約占30%,筍頭40%,此外,加工竹筍也會(huì)產(chǎn)生大量廢棄的筍煮水。竹筍原液(筍煮水)中含豐富的甾醇、多糖、氨基酸、維生素、黃酮、皂岱等天然活性成分及鹽,這些鹽的存在一方面不利于從原液中分級(jí)和提 純出氨基酸等成分,影響竹筍原液的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,另一方面,若不經(jīng)處理就直接排放,會(huì)造成土壤板結(jié),植物燒傷,污染水源。另外,竹筍提取液中還含有鎘、鉛(<0.5mg/kg

8、)、砷(<0.3mg/L)等重金屬離子,直接加工成食品方面的產(chǎn)物,會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不利的影響 5 ,通過脫鹽能夠有效去除重金屬離子, 從而達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。因此,竹筍原液脫鹽研究具有社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,能夠?qū)崿F(xiàn)竹筍加工廢棄物的深度轉(zhuǎn)化和綜合利用,開發(fā)高附加值的產(chǎn)品,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和行業(yè)經(jīng)營(yíng)水平,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代。 黃偉等在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上探討用離子交換膜電滲析法進(jìn)行竹筍原液脫鹽的可行性及工藝優(yōu)化。經(jīng)90min脫鹽后,竹筍原液灰分下降49.10%,主要元素含量變化:鉀下降53.76%,鈉下降75.27%,鈣下降69.80%,鎂下降57.86%,鐵下降66.67%,銅下降76.98%,鎘下

9、降42.51%,而一些重金屬離子含量普遍較低,均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),如汞和砷均未檢出,故電滲析技術(shù)對(duì)竹筍原液脫鹽效果較好。竹筍原液脫鹽前后的氨基酸含量基本持平:脫鹽前氨基酸含量為8.22%(以干基計(jì)),脫鹽后的氨基酸含量為8.37%(以干基計(jì)),且據(jù)氨基酸檢測(cè)報(bào)告知:脫鹽前后竹筍原液中氨基酸種類及各種類比例近似相同,因此電滲析技術(shù)對(duì)竹筍原液脫鹽對(duì)其中功能成分-氨基酸的影響較小。4.2、在醬油生產(chǎn)中的應(yīng)用據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道,利用電滲析技術(shù)對(duì)醬油進(jìn)行脫鹽處理,可以制得低鹽醬油并基本保持醬油原有風(fēng)味,但要損失一部分作為醬油指標(biāo)的氨基酸態(tài)氮和有機(jī)酸等有效成分,從而將醬油的含鹽量降低。但國(guó)內(nèi)尚無這方面的報(bào)導(dǎo),

10、劉賢杰等采用電滲析技術(shù)進(jìn)行了醬油脫鹽的研究。研究結(jié)果顯示:原醬油食鹽含量19.4%,經(jīng)電滲析處理后,醬油含量降至約9%,食鹽以外的有效成分也有一些被除去,比較明顯的是作為醬油品質(zhì)指標(biāo)的氨基酸態(tài)氮,有約8%的損失。醬油風(fēng)味大致不變,證明了電滲析對(duì)醬油的脫鹽是切實(shí)可行的分離方法。45、電滲析技術(shù)的展望首先,電滲析技術(shù)由于其不是過濾型,具有較強(qiáng)的抗污染能力,對(duì)原水的水質(zhì)要求相對(duì)較低,其獨(dú)特的分離方法是反滲透無法替代的,在廢液處理、食品、醫(yī)藥、化工分離等領(lǐng)域中具有極大的應(yīng)用市場(chǎng)和發(fā)展前途。第二,研究開發(fā)具有高化學(xué)和熱穩(wěn)定性、高選擇滲透性、抗污染強(qiáng)的離子交換膜仍是電滲析技術(shù)發(fā)展的重要方向,膜性能的提高才

11、會(huì)使電滲析技術(shù)更有活力,有更廣泛的應(yīng)用范圍和良好前景。第三,以雙極膜為基礎(chǔ)的水解離技術(shù)已成為電滲析技術(shù)研究和應(yīng)用的首要目標(biāo),這一技術(shù)為污染控制和資源回收及再生提供了一種新的途徑,可以廣泛應(yīng)用于酸堿回收、離子交換樹脂再生以及制酸堿等化工過程,是極具發(fā)展前途的技術(shù)。我國(guó)在這一領(lǐng)域的研究還剛剛起步,國(guó)家和各科研部門應(yīng)在這一方面大力投資,使這一新技術(shù)在我國(guó)早日開花結(jié)果。第四,電滲析與離子交換技術(shù)的結(jié)合具有較大創(chuàng)新意義,并且引入雙極膜兩隔室、三隔室等不同的電滲析組合結(jié)構(gòu),結(jié)合不同的工藝組合,可以制取高純水、脫硅水,而且可以解決目前電滲析濃水室結(jié)垢的問題,是電滲析技術(shù)另一極具發(fā)展前途的領(lǐng)域。第五,由于電滲

12、析技術(shù)在中等含鹽量(300mg/l1500mg/1)范圍內(nèi)除鹽從投資和運(yùn)行費(fèi)用上有較大的競(jìng)爭(zhēng)力,因此在飲用及過程用水的制備、苦咸水脫鹽至今仍是電滲析最主要的應(yīng)用領(lǐng)域,發(fā)展前景極好。5總結(jié):本文從電滲析技術(shù)的原理、發(fā)展歷史、分類、應(yīng)用和展望等方面來介紹電滲析技術(shù)。電滲析技術(shù)應(yīng)用的方面極為廣泛,如:食品、生工等方面。其中電滲析技術(shù)在食品中醬油的生產(chǎn)研究具有重大的意義,它可以對(duì)醬油進(jìn)行脫鹽處理,改進(jìn)醬油的生產(chǎn)。電滲析技術(shù)的分類也比較多,每一種電滲析都有不同的功能和作用,如液膜電滲析是用具有相同功能的液態(tài)膜代替固態(tài)離子交換膜,其利用萃取劑作液膜電滲析的液態(tài)膜,可以濃縮和提取金屬。從本文我們可以看到研究和發(fā)展電滲析是一件非常重要的事。而筆者認(rèn)為要更好的研究電滲析技術(shù)就必須解決離子交換膜的問題,所以研究并生產(chǎn)具有熱穩(wěn)定性、高選擇性、低電阻、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能的新型離子交換膜是一件極其重要的事

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