中国科学技术大学 硕士学位论文 双极膜电渗析制备有机酸、碱的研究 姓名：冯好喆 申请学位级别：硕士 专业：应用化学 指导教师：徐铜文 20090501 摘要 摘要 双极膜是一种由阴离子交换层和阳离子交换层构成的特殊离子交换 膜，它在直流电场反向偏压下可以将水以最低的理论电压解离成氢离子和 氢氧根离子利用这一功能的双极膜电渗析技术由于能够简化工艺而且不 产生二次污染，所以现在作为一种新型的绿色化工技术，广泛用于资源回 收、污染控制和化工清洁生产 本论文从生产四甲基氢氧化铵以及回收维生素B 1 2 废水中的混合有机 酸入手，探讨双极膜电渗析在有机酸和有机碱的生产或回收中的应用可行 性，得出的主要结论如下： 1 )采用一个重复单元的B P ．A 构型的双极膜电渗析膜堆从四甲基 氯化铵制备四甲基氢氧化铵，随着四甲基氯化铵浓度的增加和 电流密度的降低，电流效率呈现增长的趋势，而能耗呈现降低 的趋势实验过程中电流效率最高可以达到9 9 ．9 ％，最低的能耗 仅1 ．4 3k W hk g ～基于三个膜堆单元的放大实验结果计算出的过程 成本也仅为O ．3 3 $ k g ～ 2 )采用在B P A ．C 构型双极膜电渗析回收维生素B 1 2 废水中的混合 有机酸，酸室中的电解质的浓度对回收情况没有显著影响，而 起主导作用的是电流密度。
随着电流密度的增加，电流效率和 能耗都逐步降低，但是电流效率基本都在8 5 ％以上，成本估算 也仅为0 ．0 3 9 2 $ t o o l ～处理后，废水的C O D 削减了6 0 0 0m g ( 0 2 ) d m 3 ，从而降低了后续生化处理的难度 总之，采用双极膜电渗析生产四甲基氢氧化铵和回收维生素B 1 2 废水中的 混合酸不仅可行的而且是经济有效的由于所有研究都是小规模试验，因此如果 要进行工业生产还需要更进一步的研究 关键字：绿色化工双极膜 电渗析四甲基氢氧化铵维生素B 1 2 废水 A b s t r a c t B i p o l a rm e m b r a n ei Sas p e c i a li o n ．e x c h a n g em e m b r a n ec o m p r i s i n ga n a n i o n - e x c h a n g el a y e ra n dac a t i o n - e x c h a n g el a y e r ．I tc a nd i s s o c i a t ew a t e r m o l e c u l e si n t oH 十a n dO H 。
w i t ht h el o w e s tt h e o r e t i c a lv o l t a g ed r o pu n d e r r e v e r s eb i a si nad i r e c tc u r r e n te l e c t r i c f i e l d ．I n t e g r a t i n gt h ef u n c t i o no f b i p o l a rm e m b r a n e sa n dc o n v e n t i o n a l e l e e t r o d i a l y s i s ，b i p o l a r m e m b r a n e e l e c t r o d i a l y s i s ( B M E D ) c a ns i m p l i f ym a n yi n d u s t r i a lp r o c e s s e sa n dp r o d u c e a c i da n d ／o rb a s ew i t h o u ts e c o n dp o l l u t i o n ，S Oi th a sb e e nw i d e l vU s e da s a s u s t a i n a b l e t e c h n o l o g yi nr e s o u r c er e c y c l i n g ，p o l l u t i o n c o n t r o l ，c l e a n e r c h e m i c a lp r o c e s s i n g ． I n t h i st h e s i s ，b i p o l a rm e m b r a n ee l e c t r o d i a l y s i si s a d o p t e df o rp r o d u c t i o no r r e c o v e r yo fo r g a n i ca c i d sa n db a s e s ，i ．e ．，t h ep r o d u c t i o no ft e t r a m e t h y la m m o n i u m h y d r o x i d e ( T M A H ) a n dr e c o v e r yo ft h em i x e do r g a n i ca c i d s 舶mv i 纽l i nB 1 2 d i s c h a r g e ．T h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o 、郴： ( I ) Ao n e - u n i tB M E Ds t a c ko fB P - A c o n f i g u r a t i o n ( B P , b i p o l a rm e m b r a n e ；A ， a n i o n e x c h a n g em e m b r a n e ) w a sc h o s e nt o p r o d u c eT M A Hf r o mt e t r a m e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d e ( T M A C ) ．T h er e s u l t Si n d i c a t et h a tc u r r e n te f f i c i e n c yi n c r e a s e s a n de n e r g yc o n s u m p t i o nd e c r e a s e sa sf e e dc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e so rc u r r e n td e n s i t y d e c r e a s e s ．T h eh i g h e s tc u r r e n te f f i c i e n c yC a nr e a c h9 9 ．9 ％，a n dt h el o w e s t e n e r g y c o n s u m p t i o ni s1 ．4 3k W hk g “ 1 ．B a s e do n a3 - u n i tB M E D ，t h e p r o c e s sc o s ti se s t i m a t e d t ob e0 ．3 3 $ k g ～o f T M A H ． ( 2 ) Ao n e ‘u n i tB M E Ds t a c ko fB P ．A ．Cc o n f i g u r a t i o nW a su s e df o rr e C O v c r yo f m i x e do r g a n i ca c i d sf o r mv i t a m i nB 12d i s c h a r g e ．T h ec o n c e n t r a t i o no fe l e c t r o l y t ei n t h ea c i dc h a m b e rh a si n s i g n i f i c a n te f f e c to nB M E D p e r f o r m a n c e ，a n dt h e 舀．e a t e s t i m p a c t i n gf a c t o ri sc u r r e n td e n s i t y ．W i t ha ni n c r e a s ei nc u r r e n td e n s i t y , b o t hc u r r e n t e t l i c i e n c ya n de n e r g yc o n s u m p t i o nd e c r e a s e ，a n da l lt h ec u r r e n te f f i c i e n c i e sa | ℃a b o v e 8 5 ％．T h ep r o c e s si se s t i m a t e dt ob e0 ．0 3 9 2 $ t o o l ～．A R e rB M E D t r e a t m e n t , t h e c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( C O D ) o f t h ed i s c h a r g ew a sr e d u c e d b y6 0 0 0m g ( 0 2 ) d m 。
S Ot h ef o l l o w i n gb i o l o g i c a lt r e a t m e n tC a nb ee a s i e r ． T os u mu p ，p r o d u c t i o no fT M A Ha n d r e c o v e r yo fo r g a n i ca c i d sf r o mv i t a m i n B12 d i s c h a r g eb yu s i n gB M E Da r en o to n l yf e a s i b l eb u ta l s oc o s t ．e f f e c t i v e ．S i n c et h e r e s e a r c hW a sc o n d u c t e do nal a b o r a t o r y s c a l e ，m o r ew o r kn e e d st od ob e f o r e I I i n d u s t r i a l i z a t i o n ． K e yw o r d s ：g r e e nc h e m i s t r y , b i p o l a rm e m b r a n e ，e l e c t r o d i a l y s i s ，t e t r a m e t h y l a m m o n i u mh y d r o x i d e ，v i t a m i nB 1 2d i s c h a r g e I H 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。
除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明 作者签名： 签字日期：鎏掣! 互上．墨 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 日叁开口保密( ——年) 作者签名：多磷导师签名： 签字日期：_ 2 巫雾∑业签字日期：2 苎星』匠! 芝一 第一章。