双极膜电渗析资源化硝酸钠制酸碱

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0514

无机盐工业 ›› 2024, Vol. 56 ›› Issue (7): 104-111.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0514

双极膜电渗析资源化硝酸钠制酸碱

范乐¹(), 李浩²(), 刘国昌², 徐守疆³, 王海涛⁴, 李国才³, 常娜¹()

^1.天津工业大学化学工程与技术学院, 天津 300387
^2.自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所, 天津 300192
^3.泉州市海丝节水科技有限公司, 福建泉州 362008
^4.天津工业大学环境科学与工程学院, 天津 300387

收稿日期:2023-10-25 出版日期:2024-07-10 发布日期:2024-08-01
通讯作者: 李浩（1985— ），工程师，研究方向为膜技术及应用；E-mail：lihao@isdmu.com.cn。
常娜（1984— ），教授，博士生导师，研究方向为高性能分离膜制备、新型纳米材料合成及催化性能研究、膜法水处理技术及工艺研究；E-mail：changna@tiangong.edu.cn。
作者简介:范乐（2000— ），男，硕士研究生，研究方向为双极膜电渗析；E-mail：fanleer22@163.com。
基金资助:
企业技术开发项目(HSJS-YF-研发-23002)

Preparation of acid-base by bipolar membrane electrodialysis using NaNO₃ as resource

FAN Le¹(), LI Hao²(), LIU Guochang², XU Shoujiang³, WANG Haitao⁴, LI Guocai³, CHANG Na¹()

^1.College of Chemical Engineering and Technology，TianGong University，Tianjin 300387，China
^2.The Institute of;Seawater Desalination And Multipurpose Utilization，MNR（Tianjin），Tianjin 300192，China
^3.Quanzhou ;Haisi Water Saving Technology Co. ，Ltd. ，Quanzhou 362008，China
^4.School of Environmental Science;and Engineering，TianGong University，Tianjin 300387，China

Received:2023-10-25 Published:2024-07-10 Online:2024-08-01

摘要/Abstract

摘要：

工业生产中产生的含有NaNO₃的高盐废水是一种可回收再利用的资源，通过双极膜电渗析（BMED）技术可制备出相应的酸和碱，对高盐废水的资源化利用具有重要的意义。采用三隔室双极膜电渗析膜堆，以NaNO₃溶液模拟高盐废水制备HNO₃和NaOH。选取能耗、电流效率、转化率作为评价指标，探究电流密度、原料液浓度、极液种类及浓度、酸碱室初始浓度对BMED制酸碱过程的影响。结果表明：随着电流密度的增大，盐转化率提高，能耗增加；随着原料液浓度的增大，电流效率增加，能耗降低，原料液浓度过高会导致电流效率明显降低；极液以3%（质量分数）的NaOH最宜；酸碱室初始浓度的增加可提高盐转化率，降低能耗。综合各因素最优参数进行实验，在电压为35 V、电流密度为700 A/m²、酸碱室初始浓度为0.05 mol/L、原料液为12%（质量分数）的硝酸钠、极液为3%（质量分数）的NaOH的条件下，制得的碱浓度为2.227 mol/L，盐转化率可达93.42%，电流效率为60.83%，能耗为3.23 kW·h/kg。研究结果可为工业生产中NaNO₃高盐废水的资源化利用提供参考。

关键词: 双极膜电渗析, 硝酸钠, 氢氧化钠

Abstract:

In industrial production activities，high⁃salt wastewater containing NaNO₃ is usually produced，which is a recyclable resource.The corresponding acids and bases of high salt wastewater can be prepared by bipolar membrane electrodialysis（BMED）.The technique is of great significance for the resource utilization of high⁃salt wastewater.In this experiment，a three⁃compartment bipolar membrane electrodialysis membrane stack configuration was used to simulate high⁃salt wastewater with NaNO₃ solution to prepare HNO₃ and NaOH.The experiment used energy consumption，current efficiency，and conversion rate as evaluation indexes.The effects of current density，the concentration of raw material solution，type and concentration of polar liquid，and initial concentration of acid⁃base chamber solution，on the preparation of acid⁃base by BMED were investigated.The results showed that when the current density was increased，an increase in the salt conversion rate and energy consumption could be observed.An increase in current efficiency and a decrease in energy consumption could be found as the concentration of raw material solution was increased.However，the concentration of raw material solution was too high，which would cause the current efficiency to decrease obviously.3%NaOH was best for polar solution.When the initial concentration of the acid⁃base chamber was increased，an increase in the salt conversion rate and a decrease in energy consumption could be observed.The parameters were optimized as follows：the operating voltage was 35 V，the operating current density was 700 A/m²，the initial concentration of the acid⁃base chamber was 0.05 mol/L，the raw material liquid was 12% sodium nitrate，and the polar liquid was 3%NaOH.Under these conditions，the concentration of base was 2.227 mol/L，the salt conversion rate was up to 93.42%，the current efficiency was 60.83%，and energy consumption was 3.23 kW·h/kg.The research results could provide a reference for the resource utilization of NaNO₃ high salt wastewater in industrial production.

Key words: bipolar membrane electrodialysis, sodium nitrate, sodium hydroxide

中图分类号:

TQ131.12

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.

FAN Le, LI Hao, LIU Guochang, XU Shoujiang, WANG Haitao, LI Guocai, CHANG Na. Preparation of acid-base by bipolar membrane electrodialysis using NaNO₃ as resource[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(7): 104-111.

图/表 10

图1

图2

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表1

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表2

图5

表3

图6

表4

参考文献 18

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电流密度/（A·m^-2）	运行时间/min	碱浓度/ （mol·L^-1）	转化率/%	电流效率/%	能耗/ （kW·h·kg^-1）
400	195	2.012	82.32	49.03	2.85
500	150	2.090	82.06	50.40	3.15
600	120	2.007	82.27	53.00	3.28
700	105	2.108	85.62	54.45	3.54
800	90	2.069	86.75	55.71	3.66

极液	运行时间/min	碱浓度/ （mol·L^-1）	转化率/%	电流效率/%	能耗/ （kW·h·kg^-1）
2% NaOH	105	2.153	84.30	52.74	3.56
3% NaOH	105	2.117	86.03	55.01	3.45
4% NaOH	105	2.008	84.30	52.89	3.54
3% Na₂SO₄	105	2.106	86.19	54.07	3.91

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