论文总字数：17592字

摘 要

现如今我国废酸产量巨大，如何资源化回收废酸，同时保证经济效益有着巨大作用。

本论文，主要研究利用阳离子交换膜通过电渗析方法资源化废酸；然后通过对实验数据进行分析研究电渗析时电流密度、电压以及通电时间对pH值变化的影响；最后通过实验数据对比分析和计算，得出实验条件下的最优电流密度、电压以及通电时间：通电时间为60min，电压15V，钙离子浓度20mg/L，溶液中的电流为1.14A，这时H 通过率为52.14%。

关键词：废酸 资源化 阳离子交换膜 电渗析

Cation exchange membrane resource recovery waste acid

Abstract

Nowadays,the output of waste acid in China is huge,how to recycle waste acid,and at the same time guarantee the economic benefits.

This paper mainly studied the use of cation exchange membranes to recycle spent acid by electrodialysis，and then the experimental study of current density during electrodialysis,the influence of voltage and energization time on the change of pH value;Finally,the optimal current density，voltage and power time under experimental conditions are obtained by comparing and analyzing the experimental data. The time is 60min，the voltage is 15V，the concentration of calcium ion is 20mg/L，the current in the solution is 1.14A，and the H passing rate is 52.14%.

Keywords:waste acid;resource;cation exchange membrane;electrodialysis

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文 献 综 述 1

1.1 研究背景及研究现状 1

1.2 废酸处理及资源化研究进展 2

1.2.1 焙烧法 2

1.2.2 蒸发法 2

1.2.3 萃取法 2

1.2.4 膜法 3

1.3 膜法中的电渗析法 3

1.3.1 工艺原理 3

1.3.2 阳离子交换膜法资源化废酸 3

1.3.3膜法优势及发展前景 4

1.4 研究目的及内容 4

1.4.1 研究目的 4

1.4.2 研究内容 5

第二章 实 验 部 分 6

2.1 实验仪器及试剂 6

2.2 实验原理及分析方法 6

2.2.1 实验原理 6

2.2.2 分析方法 7

2.3 实验步骤 7

2.3.1 实验装置及实验试剂配置 7

2.3.2 单因素实验 8

2.3.3 正交实验 9

第三章 结果与讨论 11

3.1 数据统计 11

3.1.1 不同电压下0.5%盐酸、0mg/L钙浓度溶液 11

3.1.2 不同电压下0.5%盐酸、10mg/L钙浓度溶液 12

3.1.3 不同电压下1%盐酸、0mg/L钙浓度溶液 12

3.1.4 不同电压下1%盐酸、10mg/L钙浓度溶液 13

3.1.5 正交实验（初始酸液盐酸浓度1%） 14

3.2 数据分析 16

3.2.1 初酸浓度、钙离子浓度固定 16

3.2.2 初始酸浓度、电压固定 19

3.2.3 初始钙离子浓度、电压固定 22

3.2.4 单因素实验H 通过率数据整理 25

第四章 结论与展望 27

4.1 结论 27

4.2 实验中遇到的问题及原因和解决方案 27

4.2.1、问题 27

4.2.2、原因 28

4.2.3、解决方案 28

4.3 展望 28

参 考 文 献 29

致 谢 31

第一章 文 献 综 述

1.1 研究背景及研究现状

近年来，随着我国经济快速发展，在农业和工业生产中，对诸如硫酸、硫和化石能源(如石油、天然气和煤)等基本化学品的需求逐年增加。

废硫酸部分由工业生产中有机化合物的磺化、酯化、烷基化、硝化等精细化工产品生产，部分由电池废液、氯气干燥和钢铁酸洗产生。有部分则来自于化纤、石油炼制等。

根据中国化工信息中心调查和统计，目前我国无机废酸占总废酸的36%，有机废酸约占64%，酸浓度在41%以上，据统计，它约占总酸废物的45%，2013年化学工业消耗了大约2400万吨硫酸。据推算，我国废硫酸年产量超过1亿吨。

工业废酸和废液如果不妥善处理，将会对社会环境以及自然环境造成巨大危害，如导致水中酸性提高，影响微生物生长，它甚至对人类健康有害，并已被列入新的危险废物国家清单。有下列情形之一的固体和液体废物应列入本清单：

（Ⅰ）不排除具有危险特性，可能对环境或者人体健康造成有害影响，需要按照危险废物进行管理的；

（Ⅱ）具有一种或多种危险特性的废物，如腐蚀性、毒性、传染性、反应性、易燃性；

（Ⅲ）医疗废物属于危险废物。

“十三五”期间，国家极有可能配套出台环保政策从而严格控制和规范废酸、废液的排放、运输和使用，在这种情况下如何经济高效又安全彻底地处理工业废酸和废液一直是业内人士关注的焦点。同时也应该看到，工工业废酸和废液也是一种潜在的资源。废酸的回收利用对我国资源紧缺的现状具有重大的经济意义和社会效益^[1]。

1.2 废酸处理及资源化研究进展

1.2.1 焙烧法

焙烧法其原理是利用高温对废酸液进行燃烧，将废酸液中的酸气化，此外，盐在高温下氧化水解生成氧化铁和酸是资源处理最彻底的方法。焙烧法主要用于挥发酸，如盐酸废液，硝酸废液处理，焙烧方法可分为逆流加热喷雾焙烧法和下游加热流化床焙烧法。这两种原理都是在高温、充足的水蒸气和适宜的空气条件下定量水解氯化亚铁，以及在焙烧炉中氯化亚铁的直接转化为盐酸和三氧化二铁。氧化铁首先进入反应堆底部，然后穿过管道。最后进入铁粉仓进行回收。反应产生的氯化氢气体和从酸中蒸发出来的氯化氢气体被水吸收产生再生盐酸^[2-3]。

1.2.2 蒸发法

蒸发的基本原理是将一些挥发性酸通过加热过程蒸发成酸性气体，通过冷凝过程回收酸溶液。蒸馏余液则根据不同的废酸液进行不同的处理^[4]。其中蒸发法又分为蒸发冷冻结晶法和蒸发冷凝法两种。蒸发冷冻结晶法其主要优点是投资低、成本低、设备需求量少，缺点则是处理过程中需要加入纯净酸液以提高酸浓度，酸洗间必须全部使用再生酸且对温度有限制^[5]。蒸发冷凝法其优点与蒸发冷冻结晶法相似，且回收后再生盐酸价值可以提供给处理系统持续运行^[6]。

1.2.3 萃取法

萃取法其原理是利用溶质在两种不同溶剂（其中之一通常使用水）中溶解度不同的性质来达到过滤分离效果的一种方法。根据这一个原理，选择一种与水不相溶而能够与酸互相溶和的溶剂使其与酸相溶，转移水中的酸^[7]。

李潜与朱红力试验以三异辛胺-仲辛醇-航空煤油体系为有机相进行萃取实验，两者得出结论是萃取法其回收酸的回收率较高，产品酸浓度高并且质量也高，可直接利用或者进一步浓缩^[8]。

1.2.4 膜法

膜处理技术在回收废酸技术中有着重要应用，其主要有膜蒸馏法、扩散渗析法、陶瓷膜法、双极膜电渗析法、纳滤法和气升式膜反应器法等。其中当前最主要的方法是阴离子交换膜扩散渗析法，并且由于其过程中不耗电，运行成本低。石剑波认为，只要酸性溶液中的金属离子与酸性离子不形成负络合物，则可采用扩散透析法处理金属离子^[9]。扩散透析法的缺点是处理量太小、回收酸的浓度受平衡浓度的限制，导致回收酸浓度偏低、这种方法不能减少废液的排放、回收后的残余液体不能直接排放^[10]。膜蒸馏法是膜分离技术与传统蒸馏技术相结合而成的新型技术，Foster等研究表明，膜蒸馏法有着良好的脱盐效果^[11]，其目前主要应用于海水淡化^[12-14]。其在酸的回收过程中应用于回收挥发性酸，其种类可以分为直接接触式，间隙式，真空式，气扫式等^[15]。膜处理技术在废酸的回收利用具有很大的潜力。在冶炼、电镀、采矿、金属表面处理等工业中，膜处理回收废酸具有重要的价值^[16]。

1.3 膜法中的电渗析法

1.3.1 工艺原理

双极膜是一种离子交换复合膜.其作用的基本原理是：离子交换膜A的选择性渗透，带电粒子在直流电场下向一个方向运动。双极膜将水分解成H 和OH^-。该薄膜由阴极膜和正极膜^[17]组成，然后专家们研制出具有催化层^[18]的双极膜。在双极膜的中间层，水分子被解离成为氢氧根离子和氢离子。随后在电场作用下，H 和OH^-分别与阴离子交换膜和阳离子交交换膜结合形成相应的酸碱。同时，中间层中的氢离子和氢氧根离子不断被消耗，反应平衡被打破。从而使离解过程得以持续进行。

1.3.2 阳离子交换膜法资源化废酸

阳离子交换膜法资源化废酸，其属于电渗析法。在电流作用下，阴极室中的重金属离子（Me）得电子，沉积在阴极板上，主要为海绵铜；阳极室中的氯离子失去电子后以氯气形态脱除，氯被碱溶液吸收。经过处理后，大部分氯和重金属从废酸中去除。含氯和重金属电解槽中的主要化学反应，如式1-1和1-2^[19]。

请支付后下载全文，论文总字数：17592字