目标选择性填充床电渗析研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0108

摘要/Abstract

摘要：

目标选择性填充床电渗析（Ion exchange selective electrodialysis，ISED）是一种利用离子交换树脂填充提高电渗析在特定条件下离子分离效率的水处理技术。其具有相对较高的能源效率以及无需树脂酸碱再生的优势，现已在超纯水制备以及电力、制药、汽车等行业的特定废水处理方面得到应用。在对离子交换电渗析（Ion exchange electrodialysis，IXED）与ISED两种工艺进行区分的同时，全面总结并讨论了目标离子在IXED与ISED两种工艺离子运动与分离过程所涉及的理论、机制与模型。在此基础上对IXED与ISED两种工艺结构与技术发展现状进行归纳，讨论并分析了ISED技术在地下水、工业废水中离子分离与回收等方向的研究进展。最后，从ISED的树脂、膜材料、运行方式3个方向对ISED技术选择性分盐未来的发展方向进行展望。

关键词: 目标选择性填充床电渗析, 选择性分离, 溶解性目标离子, 水处理

Abstract:

Ion exchange selective electrodialysis(ISED) is a water treatment technique that uses ion exchange resin filling to improve the efficiency of ion separation by electrodialysis under specific conditions. With relatively high energy efficiency and no need for resin acid-base regeneration, ISED has been now used in ultra-pure water preparation and specific wastewater treatment in the electric power, pharmaceutical,automotive and other industries. While distinguishing between ion exchange electrodialysis(IXED) and ISED, this paper comprehensively summarized and discussed the theory, mechanism and model of ion movement and separation of target ions in IXED and ISED processes. On this basis, the development status of IXED and ISED process structures and technologies was summarized, and the research progress of ISED technology in the direction of ion separation and recovery in groundwater and industrial wastewater was discussed and analyzed. Finally, the future development direction of selective salt separation by ISED technology was prospected from three aspects of resin,membrane material and operation mode.

Key words: ion exchange selective electrodialysis, selective separation, soluble target ions, water treatment

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I12/31

图/表 5

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离子类型	树脂类型	实验条件	能耗	去除率/%	参考文献
硝酸根	—	电压2~5 V，流量250~500 mL/min，进水离子质量浓度1 200 mg/L	—	>50	〔22〕
硝酸根	Amberlite®200C Na、 Amberlite®IRA900RF Cl	电压15~22 V，流量6~12 mL/min，进水离子质量浓度20~200 mg/L	—	>80	〔14〕
含硼地热卤水	GRY-HW	电压15~22 V，流量0.125~0.25 mL/min，进水离子质量浓度880 mg/L	—	90	〔42〕
硬度离子	—	电流密度20~120 A/m²，流量5~12 L/h	3.17 kW·h/kg	37.6	〔43〕
硬度离子	MC3470、CR67	电压20 V，流量20 mL/min，进水离子质量浓度250~1 250 mg/L	—	>99	〔44〕
硬度离子	001×7阳离子树脂、 201×7阴离子树脂	电压8 V，流量32 L/h，进水离子质量浓度7.9 mg/L	—	>99.8	〔45〕

离子类型	树脂类型	实验条件	能耗	去除率/%	参考文献
硝酸根	—	电压2~5 V，流量250~500 mL/min，进水离子质量浓度1 200 mg/L	—	>50	〔22〕
硝酸根	Amberlite®200C Na、 Amberlite®IRA900RF Cl	电压15~22 V，流量6~12 mL/min，进水离子质量浓度20~200 mg/L	—	>80	〔14〕
含硼地热卤水	GRY-HW	电压15~22 V，流量0.125~0.25 mL/min，进水离子质量浓度880 mg/L	—	90	〔42〕
硬度离子	—	电流密度20~120 A/m²，流量5~12 L/h	3.17 kW·h/kg	37.6	〔43〕
硬度离子	MC3470、CR67	电压20 V，流量20 mL/min，进水离子质量浓度250~1 250 mg/L	—	>99	〔44〕
硬度离子	001×7阳离子树脂、 201×7阴离子树脂	电压8 V，流量32 L/h，进水离子质量浓度7.9 mg/L	—	>99.8	〔45〕

离子类型	树脂类型	实验条件	能耗	去除率/%	参考文献
铬	Mac-3、IRA 67	电流7.14 mA，流量12 mL/min，进水离子质量浓度100 mg/L	0.167 kW·h/m³	99.8	〔51〕
铬	Amberlite 200C、 Amberlite IRA900RF	电压0.5~5 V，流量4.5 mL/min，进水离子质量浓度100 mg/L	0.07 kW·h/m³	>98.5	〔52〕
砷	AMBERLITE^TM IR120、 AMBERLITE^TM IRA 402	电压0.8~5.2 V，流量10 mL/min，进水离子质量浓度10 mg/L	—	>99	〔53〕
砷	Amberlite IRA 400	电压5~25 V，流量5~20 mL/min，进水离子质量浓度5~25 mg/L	—	>97.5	〔20〕
镍	D072、D296	电压50 V，流量1 m³/h，进水离子质量浓度50 mg/L	0.64 kW·h/m³	99	〔7〕
铜	Purolite C-150PLH	电流0.2 A，流量1~3 L/h，进水离子质量浓度5~25 mg/L	—	>91	〔54〕
锶、铯	Amberlite IR120	电压5~10 V，流量2~5 mL/min，进水离子质量浓度10~100 mg/L	—	>65	〔55〕
钍	Amberlite IRA400、 Amberlite IR120	进水离子质量浓度5.5 mg/L	—	98.09	〔56〕
钍	Amberlite IR120、 Amberlite IR400	电压5~12.5 V，流量2.5~7.5 mL/min，进水离子质量浓度10~90 mg/L	—	>88	〔57〕

离子类型	树脂类型	实验条件	能耗	去除率/%	参考文献
铬	Mac-3、IRA 67	电流7.14 mA，流量12 mL/min，进水离子质量浓度100 mg/L	0.167 kW·h/m³	99.8	〔51〕
铬	Amberlite 200C、 Amberlite IRA900RF	电压0.5~5 V，流量4.5 mL/min，进水离子质量浓度100 mg/L	0.07 kW·h/m³	>98.5	〔52〕
砷	AMBERLITE^TM IR120、 AMBERLITE^TM IRA 402	电压0.8~5.2 V，流量10 mL/min，进水离子质量浓度10 mg/L	—	>99	〔53〕
砷	Amberlite IRA 400	电压5~25 V，流量5~20 mL/min，进水离子质量浓度5~25 mg/L	—	>97.5	〔20〕
镍	D072、D296	电压50 V，流量1 m³/h，进水离子质量浓度50 mg/L	0.64 kW·h/m³	99	〔7〕
铜	Purolite C-150PLH	电流0.2 A，流量1~3 L/h，进水离子质量浓度5~25 mg/L	—	>91	〔54〕
锶、铯	Amberlite IR120	电压5~10 V，流量2~5 mL/min，进水离子质量浓度10~100 mg/L	—	>65	〔55〕
钍	Amberlite IRA400、 Amberlite IR120	进水离子质量浓度5.5 mg/L	—	98.09	〔56〕
钍	Amberlite IR120、 Amberlite IR400	电压5~12.5 V，流量2.5~7.5 mL/min，进水离子质量浓度10~90 mg/L	—	>88	〔57〕

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