化学实验报告.ppt

,离子膜电渗析分离碱性料液,研究背景与意义,研究进展,实验方法、结果与讨论,结论,总结与展望,过渡页,研究背景与意义,研究进展,实验方法、结果与讨论,结论,总结与展望,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,4/27,背景和意义,铝生产过程产生的氧化铝碱性料液的传统处理方法如萃取法、酸碱中和法、蒸发法等对于设备的要求高，效率低。,铝的冶炼过程中会产生大量的碱性废水，碱性废水会污染地表水，影响生态平衡，同时也会造成土壤的污染。,碱性废水中往往会含有大量碱液和少量金属离子，如果不经过处理就直接排放，造成大量可利用资源的浪费。,意义,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,5/27,电渗析的定义和作用,过渡页,研究背景与意义,研究进展,实验方法、结果与讨论,结论,总结与展望,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,7/27,国内外研究进展,针对氧化铝生产中生成的赤泥废液，有相关文献报道，进行废碱液的回收。但是对碱性料液的处理，报道较少！,国外有相关专利报道，针对铝或铝合金用氢氧化钠进行蚀刻后产生的碱性废液，用电解电渗析方法进行碱和铝等的回收。该法在回收过程中极易产生氢氧化铝等沉淀，会对膜产生污染，同时，该操作过程为间歇不连续的，不利于实际生产。,VS,过渡页,研究背景与意义,研究进展,实验方法、结果与讨论,结论,总结与展望,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,9/27,实验方案,设计四种不同的电渗析膜堆，在恒定电流和料液浓度的情况下，考察分离NaOH+Na(AlOH)4料液的能力，优选出一种膜堆，再考察工作时间对分离能力的影响,在优化后的条件下进行连续性分离操作，共连续回收10次，考察膜在分离过程中的稳定性,最后，先将膜在料液中分别浸泡3天、7天、14天，再进行料液的分离，研究腐蚀时间对膜性能的影响。,10/27,1.实验装置,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,实验条件,1.阳膜（FSB膜），阴膜（AM-QP-30膜）；2.运行时间4h，电流密度350mA/cm2,电极液（0.5mol/LNaSO4,500ml）,回收液（0.1mol/LNaOH,500ml）,料液（1.5mol/LNaOH+0.8mol/L NaAl(OH)4,500ml；）,11/27,膜堆的设计,Model 1,Model 4三重复单元,Model 3二重复单元,Model 2,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,12/27,实验结果,OH-和Al(OH)4-浓度随时间变化曲线图,OH-、Al(OH)4-、k随膜堆变化曲线图,分析,1.从Model1到Model4，碱回收量逐渐增大；2.随着重复单元数增加，偏铝酸根离子浓度增加较为明显；,1.随着重复单元数增加，OH-的回收率和铝泄漏率都逐渐增加；对Model4铝泄漏率过大不利于实际生产；2.k下降较为明显。,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,13/27,不同膜堆电压值-时间变化曲线,电流效率、能耗值与膜堆之间关系图,分析,电压下降的原因是回收室离子浓度增加，电导率增加以及膜堆中温度有一定的升高。,1.单重复单元的膜堆能耗均较高；2.随着重复单元数增加，能耗下降比较明显；,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,优选膜堆为Model4，考虑到铝泄漏率不能够太高，考察运行时间的影响。,从Model1到Model4，膜的数量分别为3、4、5、7，因此膜堆的电阻也增加，所以电压曲线逐渐上升；,随着时间的增加，OH-，Al(OH)4-和能耗均逐渐增加，其中Al(OH)4-增加较为明显，k和电流效率有所下降，综合考虑，建议运行时间为180分钟。,运行时间对膜堆4的影响,14/27,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,15/27,阳膜为FSB和阴膜为AM-QP-30膜膜堆为Model 4运行次数为10次，每次运行时间均为180分钟电流密度为350mA/cm2。,Cr,OH-、Cr,Al(OH)4-随时间变化曲线图,电压值随时间变化曲线图,分析,1.回收室碱的浓度及偏铝酸根离子的浓度变化趋势基本一致，2.电压值比较稳定，随着运行次数的增加仅有微弱的上升，原因可能是膜受到轻微的污染。,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,2.连续分离实验：2.1 实验I,16/27,AM-QP-30阴膜更换为FQB阴膜，其余条件不变。,Cr,OH-，Cr,Al(OH)4-随时间变化曲线,电压值随时间变化曲线,分析,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,1.回收室碱的浓度及偏铝酸根离子的浓度变化趋势基本一致，2.电压曲线随运行次数的增加有明显上升，可能原因是FQB阴膜受到腐蚀比较严重。,2.2 实验II：,17/27,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,实验I阴膜为AM-QP-30膜,OH-和Al(OH)4-稳定在一定的范围，k没有明显减小，能耗有所升高，电流效率有所减小。可能原因是膜受到污染。,两者碱回收率相差不大，实验II中的Al(OH)4-明显大于I中，k小于1中，能耗高于实验1，电流效率也有所下降。因此，AM-QP-30膜的性能优于FQB膜。,18/27,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,实验II阴膜为FQB膜,19/27,连续实验膜污染研究,AM-QP-30和FQB阴膜实验前后扫描电镜图,AM-QP-30膜进行分离实验前,AM-QP-30膜进行分离实验后,FQB膜进行分离实验前,FQB膜进行分离实验后,分析,进行分离实验后膜的表面有沉淀析出，原因是料液中偏铝酸根离子水解生成Al(OH)3沉淀。,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,解决办法：实验结束后向装置中通入稀酸除去沉淀！,20/27,3.1 质量损失率分析,质量损失率随腐蚀时间变化曲线,分析,随着腐蚀时间增加，两种膜的质量损失率增加，但是FQB膜损失率更高，在三天时达到40%以上，明显高于AM-QP-30膜，说明AM-QP-30膜更耐腐蚀。,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,3.腐蚀时间对膜的影响,21/27,扫描电镜分析,AM-QP-30膜腐蚀3天后,AM-QP-30膜腐蚀7天后,AM-QP-30膜腐蚀14天后,FQB膜腐蚀3天后,分析,AM-QP-30膜腐蚀3天后，膜表面没有明显变化，腐蚀7天后表面变得轻微粗糙，原因是膜表面有掉料现象；14天后掉料较严重，膜表面更加粗糙，说明膜受到较严重的腐蚀；FQB腐蚀3天后，膜表面出现了许多小孔，说明膜受到较严重腐蚀。因此AM-QP-30膜更加耐腐蚀。,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,可否将膜应用于ED实验？,22/27,实验结果分析,Cr,OH-，Cr,Al(OH)4-随时间变化曲线图,电压值随时间变化曲线图,分析,1.分离效率没有明显差异，说明膜具有较好的耐腐蚀性；2.腐蚀时间越长，电压值越小。腐蚀3天的电压曲线与未腐蚀的膜的电压曲线基本一致，随着腐蚀增加，电压曲线有所下降，原因是膜受到腐蚀，有掉料现象出现，膜变薄，面电阻减小，但是，如果膜腐蚀足够严重，将会严重影响膜的性能，如在实验中会产生正渗透现象。,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,过渡页,研究背景与意义,研究进展,实验方法、结果与讨论,结论,总结与展望,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,24/27,实验结论,膜堆构型对电渗析过程影响不同，重复单元增加效果较好；,重复单元数多的Model 4分离效果比其他膜堆好；,AM-QP-30膜比FQB膜更加耐腐蚀，分离效果更好；,电渗析分离受膜的腐蚀时间、电流大小以及运行时间等多个因素的影响。,过渡页,研究背景与意义,研究进展,实验方法、结果与讨论,结论,总结与展望,背景与意义,研究进展,方法、结果与讨论,结论,总结与展望,26/27,欢迎提问,Thank you,