阅读说明：本技术 一种电渗析基础实验标准测试方法 (electrodialysis basic experiment standard test method ) 是由 张笑维 楼永通 黄伟平 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电渗析标准测试方法。本发明中所叠制的标准测试膜堆在阳极处增加一张阳膜,设置两极靠近极膜处均为浓水室,测试膜堆与极膜之间采用双层隔板,确保净电压测量时不易松动。通过精确控制变量法,保证恒定净电压情况下浓水浓度及其他测试条件恒定,在电渗析脱盐过程中,得到不同温度下淡水盐浓度及电流密度的变化关系。该测试方法使测量电渗析净电压为有效膜对净电压,保证其准确性,通过单一变量使结果稳定,重复性良好,可以有效指导实际的工程应用及优化实际生产和实验。(The invention discloses electrodialysis standard test methods.A positive membranes are added at the anode of a stacked standard test membrane stack, concentrated water chambers are arranged at the positions of two electrodes close to polar membranes, and double-layer partition plates are adopted between the test membrane stack and the polar membranes to ensure that net voltage is not easy to loosen during measurement.)

一种电渗析基础实验标准测试方法

技术领域

本发明涉及基础实验分析方法技术领域，具体的说涉及一种电渗析基础实验标准测试方法。

背景技术

电渗析法(Electtrodialysis，ED)已经在环保、海水淡化、化工、冶金、轻工、造纸等领域得到广泛的应用，近年来更被推广至氨基酸、粘胶纤维、蛋白质等制品的分离提纯领域，有着非常广阔的应用前景。电渗析在外加直流电场作用下，使物料中的阴、阳离子定向移动，通过选择透过性膜选择透过阴、阳离子，实现溶质与溶液的分离过程。

在电渗析过程中，外加电场希望通过提高直流电场加快离子向对应膜的迁移速度，但当电场增加到一定程度时，使得大量的水分子电离极化生成H⁺和OH^-，水中电离出的OH^-透过阴膜，结果导致阴膜浓水一侧的pH上升，同时电离产生的H⁺透过阳膜，在阳膜淡水室一侧的膜面富集。当水中存在Ca²⁺、Mg²⁺时，会在阴膜产生极化结垢与膜表面，增加膜电阻，导致产生额外的电能消耗，使膜的正常有效面积缩小，甚至缩短膜的使用寿命。因此，电渗析过程存在着迁移速度与外加电场的能耗最优选择问题，不同种类的膜在实际的工程应用中有着适合其运行的膜堆净电压，一般来说也就是对应其的最佳电流密度(单位膜面积上电流的大小)，保证电渗析过程中离子迁移速度及能耗的最优。

目前鲜有通过一种标准测试方法，可以通过精确控制变量，保证测量净电压精度，在相应膜运行净电压下，反馈实际过程电流；通过实验过程中淡水离子迁移速率(盐浓度)与相应的电流密度关系，可以更好的指导工程应用，优化实际生产过程。

本

发明内容

本研究旨在建立一种可以准确测量、精确控制变量的电渗析标准测试方法。通过电渗析标准测试实验，得到在不同恒定温度下盐浓度与电流密度的变化关系曲线，以此更好地为实际工程进行服务，达到优化生产的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术：

一种电渗析基础实验标准测试方法，标准测试膜堆固定在标准测试装置上，以精确测量膜堆净电压，通过控制变量法控制温度及净电压变量，得到不同温度下淡水盐浓度及电流密度的变化关系。

标准测试膜堆是至少包含5对电渗析膜的膜堆，膜堆在阳极处增加一张阳膜，两极靠近极膜处均叠制为浓水室，测试膜堆与极膜之间采用双层隔板。

根据膜类型及数量反馈膜堆两侧净电压，利用万能表测定膜堆中安置于极膜与极板之间的金属丝，读取净电压值，该电压为变量，以此调整高频电源的输出电压及电流。万能表刚连接时电压瞬时值，万能表读数稳定后的电压值；

进入实验装置的料液，采用分析纯盐，测试淡水初始浓度为0.5～1mol，极水浓度与淡水浓度相同，浓水平衡浓度3～4mol。将对应浓度的盐溶液放入水箱，计量体积与浓度，实验过程以淡水盐浓度达到自行设置浓度时(对应电导计算)作为终点。取一个带刻度容器(A量筒)，装纯水，并放入浓水计量泵的吸水管；在浓水口处放置空量筒(B量筒)，收集溢流浓水，保持浓水浓度恒定，精确控制变量。设备开启时通过每个水槽中放入换热管，换热管与恒温水槽相连，每次实验时设置恒温水槽为恒定温度。

作为优选，基于浓水浓缩极限盐浓度相对应的电导，将电导率仪上限值设定为该值，浓水电导率高于该值时，计量泵自动开启，补充纯水。

作为优选，膜组件为板式模组器，其膜材料选自PVC和PEEK中的至少一种。

作为优选，万用表所连接测量膜堆净电压的金属丝为铂丝或钛丝中的一种。

作为优选，实验过程中取样并以重量法测试淡水的氯化钠浓度，测量误差＜0.05％。

作为优选，实验盐类型选择氯化钠、硫酸钠或硝酸钠。

本发明的有益效果是：

(1)该电渗析标准测试方法，分别设置了浓水补水及浓水溢流装置，保证脱盐过程中的浓水测盐浓度恒定，精确控制变量，较为准确的反映了在一定温度下，实际脱盐过程中盐浓度与电流密度的变化关系，可以为工程应用及生产提供有力的支持。

(2)在电渗析标准测试过程中，由于净电压测试过程通常包含了阳极处的阳膜，使测试结果的准确性降低。而该电渗析膜堆净电压测试过程中，在阳极的阳膜(极膜)原有基础上增加一张阳膜，使两张阳膜之间形成浓水室，阴极通过隔板设置成浓水室，以保证净电压测量相对稳定；同时在阳极两张阳膜间及阴极阴膜与极膜间加入电极测量金属丝(连接万用表)测量净电压，采用两张隔板加紧固定，减轻电极测量松动可能；由此，金属丝间测量电压为膜堆的纯净电压，排除了原有多出一张极膜净电压带来的误差。

(3)建立了一种电渗析标准测试方法，可根据电渗析基础实验反馈指导实际工程或对膜性能进行预测。

附图说明

图1为本申请电渗析基础实验装置的结构示意图。

图2为本申请电渗析基础实验精确净电压测量膜堆叠制方法。

具体实施方式

下面通过实施例，结合附图，对本发明进一步阐述说明。

实施例1：

一种电渗析基础实验标准测试方法，所示装置结构如附图1所示。所述的测试膜堆参照附图2，是至少包含5对电渗析膜堆，所述膜堆在有效对数基础上，在阳极处增加一张阳膜，使两张阳膜之间形成浓水室，阴极通过隔板设置成浓水室，以保证电压测量的相对稳定；同时在阳极两张阳膜间及阴极阴膜与极膜间加入电极测量金属丝(连接万用表)测量净电压，采用两张隔板加紧固定，减轻电极测量松动可能；

所述的进入实验装置的料液，采用分析纯氯化钠盐，测试淡水初始浓度为50g/L，浓水平衡浓度200g/L。将浓度50g/L盐溶液放入淡水箱，浓度200g/L盐溶液放入浓水箱，浓度50g/L盐溶液放入极水箱，计量体积与浓度，实验过程以淡水氯化钠浓度1g/L时(对应电导计算)作为终点。取一个带刻度容器(A量筒)，装纯水，并放入浓水计量泵的吸水管；在浓水口处放置空量筒(B量筒)，收集溢流浓水，保持浓水浓度恒定，精确控制变量。设备开启时通过每个水槽中放入换热管道，换热管与恒温水槽相连，每次实验时设置恒温水槽为恒定温度；

设置浓水室电导率仪，根据电导率与盐浓度关系，设置200g/L盐所对应的电导率，将电导率仪上限值设定为该值，浓水电导率高于该值时，计量泵自动开启，补充纯水；

同步开启图1中的浓水、淡水、极水泵开关，调节浓水、淡水、极水流量与压力，待三者运行稳定后，开启整流器；最终浓水箱出现溢流，浓水、淡水电导率均达到设定值并稳定一段时间后，开始正式记录数据，此时浓水箱、淡水箱溢流口需要放置空的容器(B量筒)，用于收集过程中水箱溢流的浓水、淡水；利用万能表测定膜堆中安置与极膜与极板之间的导线，读取净电压值，该电压为变量，以膜类型及实验膜对数调整净电压读数稳定，并记录对应的电压及电流；

②电压、电流、电导率可直接从控制柜上数据读取；流量、压力从操作屏上读取；记录A量筒内溶液体积变化，即为浓水补液量；记录B量筒内溶液体积变化，即浓水产量；

③实验结束后，记录A量筒内溶液体积变化，收集B量筒内累计收集的的浓水，记录体积、质量，通过重量法测定过程中淡水盐含量计算对应浓度。

实施例2：

一种电渗析基础实验标准测试方法，所示装置结构如附图1所示。所述的测试膜堆参照附图2，是至少包含5对电渗析膜堆，所述膜堆在有效对数基础上，在阳极处增加一张阳膜，使两张阳膜之间形成浓水室，阴极通过隔板设置成浓水室，以保证电压测量的相对稳定；同时在阳极两张阳膜间及阴极阴膜与极膜间加入电极测量金属丝(连接万用表)测量净电压，采用两张隔板加紧固定，减轻电极测量松动可能；

所述的进入实验装置的料液，采用分析纯硫酸钠盐，测试淡水初始浓度为80g/L，浓水平衡浓度220g/L。将浓度80g/L盐溶液放入淡水箱，浓度220g/L盐溶液放入浓水箱，浓度40g/L盐溶液放入极水箱，计量体积与浓度，实验过程以淡水氯化钠浓度2g/L时(对应电导计算)作为终点。取一个带刻度容器(A量筒)，装纯水，并放入浓水计量泵的吸水管；在浓水口处放置空量筒(B量筒)，收集溢流浓水，保持浓水浓度恒定，精确控制变量。设备开启时通过每个水槽中放入换热管道，换热管与恒温水槽相连，每次实验时设置恒温水槽为恒定温度：

设置浓水室电导率仪，根据电导率与盐浓度关系，设置220g/L硫酸钠所对应的电导率，将电导率仪上限值设定为该值，浓水电导率高于该值时，计量泵自动开启，补充纯水；

同步开启图1中的浓水、淡水、极水泵开关，调节浓水、淡水、极水流量与压力，待三者运行稳定后，开启整流器；最终浓水箱出现溢流，浓水、淡水电导率均达到设定值并稳定一段时间后，开始正式记录数据，此时浓水箱、淡水箱溢流口需要放置空的容器(B量筒)，用于收集过程中水箱溢流的浓水、淡水；利用万能表测定膜堆中安置与极膜与极板之间的导线，读取净电压值，该电压为变量，以膜类型及实验膜对数调整净电压读数稳定，并记录对应的电压及电流；

②电压、电流、电导率可直接从控制柜上数据读取；流量、压力从操作屏上读取；记录A量筒内溶液体积变化，即为浓水补液量；记录B量筒内溶液体积变化，即浓水产量；

③实验结束后，记录A量筒内溶液体积变化，收集B量筒内累计收集的的浓水，记录体积、质量，通过重量法测定过程中淡水盐含量计算对应浓度。