水-乙醇體系中雙極膜電滲析法生產(chǎn)水楊酸過程的研究.pdf

1、雙極膜電滲析將雙極膜的水解離特性與普通電滲析離子分離特性完美結合，該技術集合了雙極膜與普通電滲析兩者的優(yōu)點。在優(yōu)化傳統(tǒng)工業(yè)過程發(fā)揮了獨特的作用。為解決環(huán)境、化工、生物等領域中的技術難題提供了新的解決思路，同時為解決人類面臨的環(huán)境、資源、能源等問題提供了有效技術手段。雙極膜作為雙極膜電滲析的核心部件，在雙極膜電滲析生產(chǎn)中起著至關重要的作用。因此，雙極膜的性能直接關系著雙極膜電滲析的性能。而雙極膜最核心的性能就是其水解離性能，目前關于雙極膜

2、的水解離特性的表征主要通過測定I-V曲線，交流阻抗譜等。
　　雙極膜電滲析在由水和有機相構成的混合體系中的應用解決了一些傳統(tǒng)電滲析難以解決的技術難題，為雙極膜電滲析提供了新的發(fā)展方向。而相關混合體系對雙極膜性能的影響卻很少研究，因此本文選取Neosepta BP-1，F(xiàn)BM，CJ-BPM三種商業(yè)雙極膜作為研究對象，以水-乙醇為研究體系，測定了不同乙醇含量下這三種商業(yè)雙極膜的交流阻抗譜，也考察了這三種商業(yè)雙極膜的耐溶劑性能，并且根據(jù)

3、交流阻抗譜給出的信息，使用簡化模型計算出了雙極膜在水-乙醇體系下水解離區(qū)域的厚度，為雙極膜電滲析在水-乙醇體系中的應用提供可靠的表征和篩選手段。結果顯示，阻抗譜顯示阻值隨著電流密度的增加而降低，該趨勢與水體系下的結果相一致，這說明在低的乙醇含量下雙極膜的水解離性質并沒有改變，在水-乙醇混合體系下，仍然可以利用雙極膜的水解離性能進行相應的應用;隨后，繼續(xù)增加乙醇含量，阻值增加明顯，而且乙醇的增加使得雙極膜中間界面區(qū)域的水濃度降低，削弱了中

4、間界面層的水解離反應。通過交流阻抗譜圖的峰值和簡化公式，計算出了BP-1，F(xiàn)BM雙極膜在不同乙醇含量的氯化鋰水-乙醇混合溶液中的中間界面層厚度，可以更直觀的看出乙醇含量對雙極膜中間界面層性能的影響。結果表明，當乙醇含量逐漸增加時，λ呈現(xiàn)增加的趨勢，這使得雙極膜電阻增加并在一定程度上削弱中間層的電場強度，使得水解離常數(shù)降低，水解離速率降低。
　　基于上述實驗結果，我們進行了雙極膜電滲析在水-乙醇混合體系下生產(chǎn)水楊酸的嘗試。通過對乙醇

5、含量，電流密度，水楊酸鈉濃度和膜堆構型等因素的考察，并綜合考慮電流效率和能耗的影響，雙極膜電滲析生產(chǎn)水楊酸的最佳條件確定為:電流密度為20 mA cm-2，乙醇含量為40 v/v％，水楊酸鈉濃度為0.3 molL-1，BP-C構型。在最佳的參數(shù)下，我們又試驗了具有4個重復單元的擴大實驗。從整體效果來看，擴大化實驗驗證了雙極膜電滲析制備水楊酸的可行性。實驗持續(xù)了180分鐘，電流效率達到88％，能耗為1.78 kwh kg-1。此外在最佳參