双极膜电渗析资源化巯基乙酸钠废水再生巯基乙酸的研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0079

无机盐工业 ›› 2025, Vol. 57 ›› Issue (2): 120-129.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0079

双极膜电渗析资源化巯基乙酸钠废水再生巯基乙酸的研究

张莉¹^,²^,⁴(), 娄玉峰²^,³, 张委², 刘方旺¹, 蓝靖³, 赵宗山³, 付昆明⁴()

^1.潍坊职业学院化学工程学院，潍坊市高盐工业废水资源化重点实验室，山东潍坊 262737
^2.山东天维膜技术有限公司，山东潍坊 261061
^3.青岛大学环境科学与工程学院，山东青岛 266071
^4.北京建筑大学环境与能源工程学院，北京 100044

收稿日期:2024-02-04 出版日期:2025-02-10 发布日期:2025-02-20
通讯作者: 付昆明（1981— ），博士，副教授，主要研究方向为工业废水化学处理和生活污水生物处理技术；E-mail：fukunming@163.com。
作者简介:张莉（1980— ），博士，副教授，主要研究方向为高盐废水资源化应用研究；E-mail：2422970506@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(21976185);国家重点研发计划项目(2021YFB3801400);潍坊市科技发展计划项目(2021GX016);潍坊职业学院首届博士科研基金项目(潍职院教［2021］5号)

Research of regeneration of thioglycolic acid by bipolar membrane electrodialysis using sodium thioglycolate wastewater as resource

ZHANG Li¹^,²^,⁴(), LOU Yufeng²^,³, ZHANG Wei², LIU Fangwang¹, LAN Jing³, ZHAO Zongshan³, FU Kunming⁴()

^1.College of Chemical Engineering，Weifang Key Laboratory of High-Salinity Industrial Wastewater Resource Utilization，Weifang Vocational College，Weifang 262737，China
^2.Shandong Tianwei Membrane Technology Co. ，Ltd. ，Weifang 261061，China
^3.School of Environmental Science and Engineering，Qingdao University，Qingdao 266071，China
^4.School of Environment and Energy Engineering，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China

Received:2024-02-04 Published:2025-02-10 Online:2025-02-20

摘要/Abstract

摘要：

巯基乙酸钠是硫氨酯尾液的主要成分，因其高毒性、高盐、高化学需氧量的特点，使硫氨酯尾液成为一类极难处理的化工生产废水。通常采用萃取、过滤、酸化和蒸馏等复合工艺进行处理，但这种处理方法存在工艺复杂、成本高及可能产生二次污染等问题。为解决巯基乙酸钠废水资源化利用的难题，采用三隔室双极膜电渗析（Bipolar Membrane Electrodialysis Device，BMED）装置，以巯基乙酸钠转化率、电流效率、平均膜对电压及能耗等作为评价指标，考察操作反应时间、反应温度、电流密度、膜间距对BMED资源化巯基乙酸钠废水处理过程的影响。结果表明，在反应时间为75 min、电流密度为400 A/m²、反应温度为40 ℃、膜间距为50 μm的优化运行条件下，BMED的巯基乙酸钠转化率为98.32%，电流效率达到86.01%，生产能耗为93.54 kW·h/t。该研究结果可为巯基乙酸钠废水生产巯基乙酸提供新的工艺思路。

关键词: 双极膜, 电渗析, 资源化, 巯基乙酸钠废水, 巯基乙酸

Abstract:

A lot of sodium thioglycolate as the main constituent of sulfur ammonia ester tail liquid is difficult to treat due to its high toxic，high salinity and high COD（Chemical Oxygen Demand） properties.The traditional disposal composite process of extraction-filtration-acidification-distillation exsits complex processes，high disposal costs and secondary pollution.In order to solve the resource utilization of sodium thioglycolate wastewater，the bipolar membrane electrodialysis device（BMED） with three-compartment configuration was used，which could convert salts into corresponding acids and bases.The effects of the reaction time，the reaction temperature，current density and plate thickness on the conversion efficiency，current efficiency，membrane voltage，energy consumption were investigated.The experiments showed that the optimum experimental conditions were 75 min，40 ℃，400 A/m² and 50 μm.Under those conditions，the conversion rate of sodium thioglycolate was up to 98.32%，the current efficiency was 86.01%，and the energy consumption was 93.54 kW·h/t.The results can provide a reference for a new process idea for the production of thioglycolic acid from sodium thioglycolate wastewater in industrial production.

Key words: bipolar membrane, electrodialysis, regeneratio, sodium thioglycolate wastewater, thioglycolic acid

中图分类号:

TQ028.8

张莉, 娄玉峰, 张委, 刘方旺, 蓝靖, 赵宗山, 付昆明. 双极膜电渗析资源化巯基乙酸钠废水再生巯基乙酸的研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(2): 120-129.

ZHANG Li, LOU Yufeng, ZHANG Wei, LIU Fangwang, LAN Jing, ZHAO Zongshan, FU Kunming. Research of regeneration of thioglycolic acid by bipolar membrane electrodialysis using sodium thioglycolate wastewater as resource[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2025, 57(2): 120-129.

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参考文献 27

1	王春雷，蒋晨昊，于新兰.反相离子对色谱法测定化妆品中巯基乙酸的含量［J］.香料香精化妆品，2023（6）：152-157.
	WANG Chunlei， JIANG Chenhao， YU Xinlan.Determination of thioglycolic acid in cosmetic by ion-pairing RP-HPLC method［J］.Flavour Fragrance Cosmetics，2023（6）：152-157.
2	闫培松.巯基乙酸的萃取分离及应用研究［D］.青岛：山东科技大学，2019.
	YAN Peisong.Study on extraction，separation and application of thioglycolic acid［D］.Qingdao：Shandong University of Science and Technology，2019.
3	WANG Xiaoda， LI Wenkai， WANG Shiwei，et al.Reaction kinetics for the heterogeneously resin-catalyzed and homogeneously self-catalyzed esterification of thioglycolic acid with 2-ethyl-1-hexanol［J］.Chinese Journal of Chemical Engineering，2021，36：111- 119.
4	王松.组合反应器在巯基乙酸合成中的应用［D］.郑州：郑州大学，2011.
	WANG Song.Application of combined reactor in synthesis of thioglycolic acid［D］.Zhengzhou：Zhengzhou University，2011.
5	刘新胜.巯基乙酸生产工艺研究［J］.广州化工，2016，44（24）：68-70.
	LIU Xinsheng.Production technology of mercaptoacetic acid［J］.Guangzhou Chemical Industry，2016，44（24）：68-70.
6	徐庆华.从硫氨酯尾液中回收巯基乙酸萃取工艺的实验研究［J］.山东化工，2015，44（12）：10-11.
	XU Qinghua.Experimental study on extraction process of recovery of thioglycolic acid from the sulfur ammonia ester solution［J］.Shandong Chemical Industry，2015，44（12）：10-11.
7	徐庆华，于新阳，李先恩.以硫氨酯尾液制取巯基乙酸蒸馏工艺研究［J］.山东化工，2015，44（21）：40-41.
	XU Qinghua， YU Xinyang， LI Xianen.Study on distillation process of high concentration of thioglycolic acid through the sulfur ammonia ester solution［J］.Shandong Chemical Industry，2015，44（21）：40-41.
8	黄小平，曾坚贤，周虎，等.一种硫氨酯生产尾液中2-巯基乙酸钠的高值化利用方法：中国，202110502106.1［P］.2023-03-14.
9	MA Xixi， LIU Wenlong， LI Chuanrun，et al.Bipolar membrane electrodialysis for efficient production of ferulic acid in alcohol/water mixed solvent［J］.Separation and Purification Technology，2024，341：126876.
10	NARAYEN D， VAN BERLO E， VAN LIER J B，et al.Recovery of sulfuric acid and ammonia from scrubber effluents using bipolar membrane electrodialysis：Effect of pH and temperature［J］.Separation and Purification Technology，2024，338：126605.
11	林钰青，张以任，邱宇隆，等.膜技术在盐湖提锂中的进展和展望［J］.无机盐工业，2023，55（1）：33-45.
	LIN Yuqing， ZHANG Yiren， QIU Yulong，et al.Progress and prospect of membrane technology in lithium extraction from salt lake brine［J］.Inorganic Chemicals Industry，2023，55（1）：33- 45.
12	NOSOVA E N， MUSATOVA D M， MELNIKOV S S，et al.Study of the production of sodium hydroxide by bipolar electrodialysis from sodium carbonate solution［J］.Membranes and Membrane Technologies，2023，5（5）：303-312.
13	张委，张莉，谢永刚，等.双极膜电渗析法制备巯基乙酸的应用研究［J］.膜科学与技术，2021，41（5）：114-120，138.
	ZHANG Wei， ZHANG Li， XIE Yonggang，et al.Study on the preparation of thioglycolic acid by bipolar membrane electrodialysis［J］.Membrane Science and Technology，2021，41（5）：114-120，138.
14	黄灏宇，叶春松.双极膜电渗析技术在高盐废水处理中的应用［J］.水处理技术，2020，46（6）：4-8.
	HUANG Haoyu， YE Chunsong.Application of bipolar membrane electrodialysis in the treatment of high-salinity wastewater［J］.Technology of Water Treatment，2020，46（6）：4-8.
15	GONZÁLEZ A， GRÁGEDA M， USHAK S.Modeling and validation of a LiOH production process by bipolar membrane electrodialysis from concentrated LiCl［J］.Membranes，2023，13（2）：187.
16	PAN Jiefeng， MIAO Mengjie， LIN Xi，et al.Production of aldonic acids by bipolar membrane electrodialysis［J］.Industrial & Engineering Chemistry Research，2017，56（27）：7824-7829.
17	HUSSAIN A， YAN Haiyang， AFSAR N UL，et al.Multistage-batch bipolar membrane electrodialysis for base production from high-salinity wastewater［J］.Frontiers of Chemical Science and Engineering，2022，16（5）：764-773.
18	ZHANG Zirui， LUO Fabao， JIANG Chenxiao，et al.Power-free bipolar membrane electrodialysis for acid-alkali production in river estuaries［J］.Chemical Engineering Science，2023，273：118643.
19	QIU Yangbo， YAO Lu， TANG Cong，et al.Integration of selectrodialysis and selectrodialysis with bipolar membrane to salt lake treatment for the production of lithium hydroxide［J］.Desalination，2019，465：1-12.
20	范乐，李浩，刘国昌，等.双极膜电渗析资源化硝酸钠制酸碱［J］.无机盐工业，2024，56（7）：104-111.
	FAN Le， LI Hao， LIU Guochang，et al.Preparation of acid-base by bipolar membrane electrodialysis using NaNO₃ as resource［J］.Inorganic Chemicals Industry，2024，56（7）：104-111.
21	LU Huixia， WANG Li， WYCISK R，et al.Quantifying the kinetics-energetics performance tradeoff in bipolar membrane electrodialysis［J］.Journal of Membrane Science，2020，612：118279.
22	HE Dawei， YUAN Danhua， SONG Zhijia，et al.Eco-friendly synthesis of high silica zeolite Y with choline as green and innocent structure-directing agent［J］.Chinese Journal of Catalysis，2019，40（1）：52-59.
23	CAO Rou， XU Yong.Efficient preparation of xylonic acid from xylonate fermentation broth by bipolar membrane electrodialysis［J］.Applied Biochemistry and Biotechnology，2019，187（1）：396- 406.
24	WANG Qiuyue， CHEN G Q， LIN Lin，et al.Purification of organic acids using electrodialysis with bipolar membranes（EDBM） combined with monovalent anion selective membranes［J］.Separation and Purification Technology，2021，279：119739.
25	JIANG Chenxiao， WANG Yaoming， Wang Qiuyue，et al.Production of lithium hydroxide from lake brines through electrodialysis with bipolar membranes（EEDBM）［J］.Industrial & Engineering Chemistry Research，2014，53（14）：6103-6112.
26	CAO Yinghan， Li Xinling， Zhang Li，et al.Constructionofbipolar membraneelectrodialysisreactorforremovalandre-covery of nitrogen and phosphorus fro m wastewater［J］.IntJElectrochemSci，2023，18：100051.
27	MA Hongzhi， YUE Siyuan， LI Hongai，et al.Recovery of lactic acid and other organic acids from food waste ethanol fermentation stillage：Feasibility and effects of substrates［J］.Separation and Purification Technology，2019，209：223-228.

电流密度/ （A·m^-2）	反应时间/ min	酸室水损失/ %	碱室水损失/ %	平均膜对电压/V	碱室氢氧化钠质量分数/%	碱室电流效率/%	生产能力/ ［L·（h·m²）^-1］
1 000	45	12.50	-5.00	2.54	13.21	76.15	12.69
700	60	10.00	-10.00	2.09	10.78	72.03	9.52
600	66	8.75	-7.50	1.90	12.63	76.60	8.65
500	75	8.75	-7.50	1.76	12.34	76.60	7.61
400	84	8.12	-6.25	1.69	12.53	74.96	6.80
300	108	7.50	-3.75	1.58	12.63	75.13	5.29

批次	产酸浓度/（mol·L^-1）	产碱质量分数/%	酸室电流效率/%	转化率/ %	生产能耗/（kW·h·t^-1）
1	1.65	11.73	77.05	95.37	99.72
5	1.76	12.36	78.87	97.21	96.54
10	1.80	12.49	76.98	96.82	96.73
15	1.78	12.52	76.59	98.10	102.89
20	1.81	12.48	77.10	96.99	100.65
25	1.81	12.59	77.77	97.17	99.99
30	1.79	12.52	77.93	96.88	97.16

[1]	刘矜彤, 张洁, 周俊良, 吴兵党, 黄天寅, 杨晶晶. 涉锑废物流及锑回收途径现状概述[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 1-11.
[2]	范乐, 李浩, 刘国昌, 徐守疆, 王海涛, 李国才, 常娜. 双极膜电渗析资源化硝酸钠制酸碱[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 104-111.
[3]	朱宗将, 王刚, 魏元峰, 唐艳红, 角田诚, 刘承斌. 退役锂离子电池电解液资源化回收技术进展与展望[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 11-17.
[4]	张力巾, 吕晴, 陈晓浪, 李清欣, 史鸿钰, 秦军. Ca基LDO复合材料的制备及其对磷酸盐的吸附性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 37-45.
[5]	叶芬, 成昊, 向媛, 刘松, 石维. 利用电解锰渣制备陶瓷骨料及在混凝土中的应用[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 127-132.
[6]	邓国平, 伍勇, 段利中, 任至, 吴莉鑫. 含氟废液资源化制备氟化钠的工艺研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 133-138.
[7]	姚健康, 胡硕真, 钮东方, 吴建平, 张新胜. 电化学法处理香料工业氯化钠有机废盐的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 105-115.
[8]	杨凤玲, 乔国鑫, 杨普, 任磊, 王琼, 吴海滨, 程芳琴. 脱硫石膏制备α-半水石膏研究进展及应用[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 11-20.
[9]	许淼, 许德华, 首志欣, 杨文贡, 王辛龙. 聚磷酸镁铵的制备工艺研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(12): 88-93.
[10]	周兆安, 李俊, 刘小文, 周爱青, 毛谙章. 高化学需氧量工业废盐炭化除杂及精制工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 100-105.
[11]	李煜, 赵伟, 张兴华, 王锐, 闫炳基, 国宏伟. 高强萤石尾矿陶粒的制备及其性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(5): 100-108.
[12]	陆大川, 顾卫华, 赵静, 庄绪宁, 董滨, 白建峰. 城市污泥热解影响因素分析及残渣资源化研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(5): 8-15.
[13]	靳苏娜, 吕瑞亮. 湿法脱硫废水处理技术研究及应用进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(4): 27-37.
[14]	徐文珍,李灿华,季洪峰,李子木,吴朝阳,李明晖. 赤泥在回收金属和建筑材料领域的研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(2): 10-18.
[15]	蒋子文,全学军,李纲,鹿存房,郭毅军,陈号,周彦阔,程治良. 铬渣资源化利用研究进展[J]. 无机盐工业, 2023, 55(2): 26-35.

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