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电去离子(Electrodeionization,简称EDI)是将电渗析(ED)与离子交换(IE)技术有机结合的去离子技术,在直流电场作用下,可以同时实现连续去离子和树脂的连续电再生,具有连续、稳定、高效、操作简单等优点。作为一种新型的、环境友好的深度脱盐技术,EDI在电子、电力、医药、石油、化工等众多工业领域都有广泛的应用。由于离子交换树脂的交换性能的优劣直接影响到EDI膜堆的去离子过程和脱盐效率;加之,目前市场上销售的树脂品牌种类繁多,质量、性能参差不齐;为了挑选出更加适用于膜堆、提高膜堆脱盐效率的树脂,就有必要对树脂动力学性能进行研究。
本文首先对树脂的物理性能进行研究。利用扫描电镜(SEM)对树脂的物理结构进行观察分析。然后,利用红外吸收光谱(IR)对树脂进行定性分析,通过对两种国产品牌阴阳树脂的IR光谱图进行对比,发现树脂官能团及骨架结构的差异;并对国产B阴树脂使用前后的IR光谱图进行对比,可以发现其官能团在使用后有降解现象发生。最后,采用X射线光电子能谱(EDX)分析阳树脂中硫元素的含量,间接表示了阳树脂中磺酸基的含量;采用有机元素分析法测定阴树脂中氮元素的含量,对应阴树脂中季铵基的含量。通过对树脂交换容量的测定发现,阴阳树脂交换容量与官能团定量分析的结果相对应。采用穿透曲线的方法研究树脂的动态吸附过程,在了解穿透曲线的基本机理和影响因素的基础上,对比四种树脂的穿透曲线发现,进口树脂颗粒交换速度快、交换容量利用率高,因此,动力学性能较好;两种国产树脂相比较而言,国产B树脂的交换速度稍优于国产A树脂。对树脂的穿透曲线进行数值模拟,并讨论出柱过程中离子交换数学模型的数学解。
在此基础上,将重点对比的两种国产树脂装填于膜堆中来验证树脂性能。在相同操作条件下,在短时间运行后发现:国产B树脂的膜堆出水水质优于国产A树脂的膜堆,这是因为开始时国产B树脂对离子的交换速度高于国产A树脂;但是在长期运行后发现:国产A树脂膜堆出水水质与国产B树脂趋于一致,这是由于国产A树脂的电再生效果较好,离子迁移传质阻力较小;出水电阻率逐渐增加,接近国产B树脂膜堆的出水电阻率。