雙極膜電滲析技術在制酸領域的研究進展

閆凱旋，鄭強松，劉俊生，陳向榮，檀勝，杭曉風

(1.合肥學院 生物食品與環境學院，安徽 合肥 230601；2.中國科學院過程工程研究所，北京 100190)

酸產品是重要的工業生產資料，可分為有機酸和無機酸兩大類。有機酸主要是由微生物發酵液酸化沉淀制得，該過程包含酸化、沉淀、過濾、蒸發等繁雜操作，而無機酸的制備工藝多涉及復雜的化學反應過程。傳統制酸工藝不僅引入大量的化學藥劑，生產成本高，且工藝過程復雜，所排放的“三廢”更是給環境帶來了巨大壓力[1-3]。離子交換法是常用的制酸工藝，憑借樹脂的廉價和工藝的高度成熟等優點被廣泛應用于有機酸和無機酸的生產。但樹脂再生會產生大量的酸、堿廢水，處理難度大、易造成環境污染。為了克服這些問題，有研究者嘗試采用電滲析技術以鹽溶液制備酸產品，該工藝過程相對簡單，污染較少[4]。但電滲析能耗較高，設備安裝復雜，且不能為酸根提供H+，需要引入大量外源酸，極大地增加了產品酸受污染的風險，產生的鹽水也成為重要的環境負擔。雙極膜電滲析(BMED)技術在綠色化、節能化、高效化產酸方面更具優勢，在將鹽同步轉化為對應堿和酸的同時，不需要添加化學藥劑且幾乎不副產廢水，相比普通電滲析，其能耗更低，效率較高。

1 雙極膜水解離機理

雙極膜(BPM)是一種由陰離子交換層(AEL)、陽離子交換層(CEL)和中間界面層(IL)組成的復合離子交換膜[5]。當在雙極膜兩側施加反向電壓時，帶電離子分別通過陰、陽離子交換層向雙極膜兩側主體溶液遷移，中間界面層內離子耗竭并形成高電勢梯度(108V/m)，從而使水分子發生解離。……