[發明專利]一種回收稀溶液中金屬離子的電控離子交換工藝

無效

• 申請號: 201210059799.2
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102583664A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 郝曉剛;韓念琛;孫斌;官國清;李一兵;馬旭莉;張忠林;王忠德;劉世斌
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 戎文華

技術領域

本發明涉及一種回收稀溶液中金屬離子的電控離子交換工藝，尤其是一種連續分離回收稀溶液中金屬離子的電控離子交換工藝。

背景技術

離子交換法是一直被廣泛采用的一種低濃度金屬離子廢水處理技術，出水水質較好，往往可以回收充分利用；然而，由于傳統的離子交換法系統復雜、投資較高、操作繁瑣，且離子交換基體需頻繁使用酸堿化學藥劑再生，產生二次污染，而且存在再生洗脫液的處理問題。如專利公開號為：CN?101863530?A的一種“連續式含重金屬離子尾水處理系統及處理方法”，離子交換樹脂需要用HCl再生。

電化學控制離子交換（Electrochemically?switched?ion?exchange，ESIX）是將電活性離子交換功能材料沉積在導電基體上制成電活性薄膜，通過電化學方法控制膜在氧化和還原狀態間轉化，從溶液中可逆地置入和釋放離子，從而使溶液中的離子得到分離并使膜得到再生的新型離子分離技術。電控離子分離方法不僅可以滿足對目標離子的分離，還可以通過電控脫吸過程實現離子的循環利用。ESIX過程的主要推動力是電極電位，離子分離基體無需化學再生，消除了由化學再生劑產生的二次污染，是一種環境友好的高效分離技術，因而近年來得到國內外學者的關注。

ESIX過程的連續操作通過在反應器中間安裝一陰離子交換膜形成一個“一膜兩腔”反應器來進行，在陰離子交換膜兩邊分別安裝一個相同的離子交換膜電極，給其中一膜電極施以還原電壓，另一膜電極施以氧化電壓來實現。但是，現在關于ESIX技術的研究大多是在三電極體系下進行的，如文獻“Continuous?ion?exchange?process?based?on?polypyrrole?as?an?electrochemically?switchable?ion?exchanger”，把電控離子交換技術運用在三電極體系下，其設備昂貴，操作過程復雜；另外在三電極體系下的ESIX過程需要大量支持電解質且基體一般均采用貴金屬基體，很難在工業上得到實際應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是在電控離子交換技術的基礎上，實現ESIX過程的循環連續運行，同步實現離子的吸脫附與膜電極的再生，消除現有離子交換法中由化學再生劑產生的二次污染，提供一種回收稀溶液中金屬離子的電控離子交換工藝。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：??????????????????????

一種回收稀溶液中金屬離子的電控離子交換工藝；其所述工藝是采用計算機程序控制，在隔膜式反應器中利用膜電極的電控離子交換性能，通過給膜電極交替施以還原氧化電壓,結合外部液體供給系統及自動控制系統實現對稀溶液中金屬離子的連續分離及回收。其所述對稀溶液中金屬離子的連續分離及回收的具體工藝步驟如下：

在反應器中對金屬離子同步進行吸附與脫附；

排放反應器中相應的處理液與再生液；

洗滌脫附膜電極；

排放洗滌液；

通過切換施加在膜電極上的電壓,?在反應器中對金屬離子同步進行脫附與吸附；

排放反應器中相應的再生液與處理液；

洗滌脫附膜電極；

排放洗滌液；

按上述步驟循環進行，實現對稀溶液中金屬離子的連續分離及回收。

基于上述技術方案的進一步實現，本發明所述的膜電極是在三維多孔導電基體上沉積有電活性離子交換功能材料；所述的三維多孔導電基體是碳氈基體、泡沫鎳基體或是網狀玻璃碳基體；所述的電活性離子交換功能材料是NiHCF、PANI、PPy和NiHCF/PANI中的一種；所述的到電控離子交換是兩電極體系的離子交換；所述的稀溶液中金屬離子是Cs離子、Ca離子或是Pb離子；所述的排液過程為吹氣排液過程；所述的稀溶液為金屬離子含量小于50?mg/l的處理液。

本發明一種回收金屬離子的電控離子交換工藝，與現有技術相比，其創新之處在于：（1）電控離子分離設備可自動控制運行，操作簡單；（2）將ESIX過程運用在兩電極體系下，易于實現ESIX技術的工業應用；（3）可循環連續運行，大大縮短了操作時間；（4）膜電極可循環重復利用；（5）模擬廢液既可以循環流過，也可單程流過；（6）再生液回收即可得到濃縮的金屬離子（Cs離子、Ca離子或Pb離子）溶液；（7）采用了吹氣排液技術；（8）可以通過控制液體流速、外加電壓來控制離子分離速率；（9）對金屬離子的去除率高，處理液及金屬離子可回收利用。（10）膜電極電化學再生，離子分離基體無需化學再生，消除了由化學再生劑產生的二次污染。

附圖說明