季胺碱如四甲基氢氧化铵:四乙基氢氧化铵,传流的方法是用其氯盐加碱或加氧化银,现在少数采用电解法(阳离子隔膜)但产生氯气,回收有一定难度。现在用双极膜法少,试已收到良好的效果,正进行工业化中间试验。
烷基肼类生产中,最后一步加碱蒸馏。应该可以用双极膜电渗析来替代,有持于尝试。
吡啶类产品生产过程中,同样需要碱类游离或反应,有必要对此类产品生产工艺进行改进。
(三)其它有机合成:
除有机酸和有机碱外,其它有机合成也同样存在大量消耗酸和碱的工艺过程,如染料、农药、医药等有机中间体的生产过程,应用双极膜电渗析,会对其降低污染,提高产品收率,实现酸碱循环利用,均有太宽太广的探索空间。
如氰乙酸、氨基甲酸、氨二乙酸、酰胺类(甲基丙烯酰胺N.N一二甲基丙烯酰胺。亚甲基双丙烯硗胺等)腈类(3—羟基丙腈、丙酮腈醇等等)各类染料及有机颜料的合成过程中,均有酸化或碱化等过程,一些水溶性的均可用双极膜电渗析直接进酸化或碱化,这些重污染型产品的生产工艺改进均有待开发;亚硝酸酯的无酸合成并副产氢氧化钠工艺也值得研究。
(四)有机电合成
双极膜作为有机电合成的隔膜是一个新兴的合成工艺。它的特点是两个配对的产品分别在阴极和阳极,可在稳定的酸性条件和碱性条件下反应,这就大大拓宽了配对合成的可能性。可大大降低两种产品交叉污染的
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可能性。在这一方面福建师范大学陈震教授等做了大量工作。
(五)农副产品化工
农副产品是一个重要的有机化工产品合成的原料,有太多的产品是通过农副产品加工制取,如糠醛、木糖、低聚糖、乳清脱盐、纤维素、纸浆、植酸果胶,柠檬酸、植物甾醇、咖啡咽等等。在很多物质的制取过程中要用到酸和碱处理,这样,酸碱的回收就显得尤为重要,否则将对环境造成很大污染和成本的增加。 例如木糖的生产。现在工艺是
在现有工艺中,向木糖液中加石灰乳,产生硫酸钙沉淀,这一步的过滤难度非常大,会夹带一部分产品,并留在母液中大量的钙、铁等杂质离子,给后面的离子交换造成很大的负担,离子交换树脂再生废液很多,造成严重污染,对现有工艺进行的改进从以下几个方面入手,一方面采用超滤膜对木糖液进行脱色和除胶,脱除率高达80%以上。另一方面,进一步脱除二价离子后,利用双极膜电渗析将有机酸和无机酸(硫酸)脱出,浓度达到3—5%,返回酸解循环使用。处理1吨木糖液雾耗电100—150kwh。再一方面采用反渗透膜进行浓缩(20—25%)可大大降低煤耗;还有少量离子交换废液直接利用双极膜电渗析转化为酸碱循环再生使用,并回收植酸。这一多种膜分离技术的巧妙结合,大大降低了木糖的生产成本,也彻底消除污水,实现木糖生产污水零排放。
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造纸黑液是困绕造纸业的一个重大难题,随着国家对排污的严格控制,企业不得不对其进行彻底治理,治理费给企业带来沉重的负担,多年来推出了多种治理方法,由于黑液的成分十分复杂,很难找到一种既经济又彻底的治理方法。
造纸黑液是造纸过程中植物纤维原料经过化学蒸煮液形成的废液称为黑液。原料和蒸煮剂的成分不同所形成的黑液成分也不同。每吨浆排出的黑液量约为8—10m3。废水量是很大的,而耗碱量更是大的惊人,这一部分资源如果不能收回,一是造成巨大污染,二是浪费资源,现在人们正在寻找有效的解决途径。
现在有很多厂家采用焚烧、残渣水浸石灰苛化回收碱,循环利用,但一些专家学者认为,黑液中的有机物是很有价值化工原料资源,对其进行深加工可合成分离出很多具有很高利用价值的物质,烧掉是十分可惜和浪费的。对于造纸黑液的综合利用已进行很多研究,并取得了很多有价值的成果,但对提取有机物后的废无机盐液的处理尚无行之有效的方法,如果采用双极膜电渗析回收碱和酸,基本实现循环利用这将对黑液的治理实现突破性进展。
大豆蛋白生产普遍采用碱溶酸沉工艺,会产生大量的乳清液,其中含有大量有价值成分,如:低聚糖、异黄酮等,另外还含有大量无机盐,每生产1吨大豆蛋白要产生10吨左右乳清液。如果排放会造成严重的环境污染,现在处理方法主要采用超滤、纳滤、反渗透等方法,能够回收部分有价成分,但无机盐只是浓缩而无利用价值,如果采用双极膜电渗析将其中的无机盐转化为酸和碱得以循环利用,这样会大大降低生产成本。彻底
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消除污染,将加快我国大豆深加工业的发展步伐。
木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源,据测算年总产量1500亿吨,如作物秸杆林业生产废弃物等,现在的开发利用率很低,它的一个很好的用途就是生产燃料乙醇,随着石油价格的上涨,越来越受到人们重视。
纤维素生产燃料乙醇是生物燃料乙醇发展最有意义的一条途径,纤维素生产燃料乙醇有两条不同的技术路线,一是酸水解,二是酶水解。其中酸解法是采用盐酸或硫酸,将纤维素转化为糖,然后发酵为乙醇,它的技术关键在于酸与水解物的分离并循环再利用问题。采用双极膜电渗析,回收并循环利用水解酸,解决了该工艺工业化的环境污染问题,解决了这一问题,与酶法相比会更有优势,但需更进一步的研究和比较。
(六)轻纺行业;众所周知,印染行业废水量非常大,每印染加工1吨纺织品耗水100-200吨,其中80-90%变为废水。如退浆废水、煮炼废水、漂白废水、丝光废水、染色废水、印花废水等,有资料介绍利用双极膜电渗析可回收废水中的染料。回收利用酸碱这是可行的,使水循环利用,这将节约大量水资源,避免废水排放。
有资料介绍以纤维素为原料生产人造丝工厂中利用双极膜电渗析处理废沉降槽液,实现了硫酸和氢氧化钠的循环利用。
七、双极膜电渗析的发展方向
尽管双极膜已工业化生产了二十余年,并且它的优势已被人们普遍认可和推崇,但它的应用却很不尽人意,很多应只是停留在实验室,尚未工业化,在国内尚无大规模工业化应用的先例,为什么会这样呢?普遍认为原因是双极膜的价格太高,一般产品的附加成本太高,而不能承受,所以
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双极膜降低生产成本是关系到它能否被推广使用的关键之关键。另一个原因就是双极膜电渗析对于成分复杂的体系精制要求较高,否则会影响双极膜电渗析器的使用寿命,对于这一点依我观察和实验,双极膜的牢度是一个因素,但双极膜对一些杂质要求远低于普通阴膜和阳膜,特别是阳膜对杂质的要求,因此,发展抗污染单膜对双极膜的推广至关重要,因为很多体系精制难度很大或成本很高(如海水发酵液等)。如果能够解决抗污染膜的问题,使对处理液体的杂质要求降低,会大大降低前处理成本,使用更为方便。解决这一问题,还可以结合其它种类的膜应用,如超滤膜、纳滤膜,也会大大降低处理成本。另一个至关重要的因素是新型膜器的开发,如防漏电隔板,防漏电隔板不仅仅是为了提高电渗析的电流效率,更重要的是防止“寄生电流”,所谓“寄生电流”就是从两极通过导流通道而产生的电流,当处理液和产品的浓度较高时“寄生电流”会很大,以至于击穿极室附近的膜。还有膜的耐溶剂性能,对于一些含有有机溶剂的场何是非常重要的。
对于以上几个问题,需要科研机构、企业的通力协作,才能把双极膜的应用推向实际。
针对以上几个问题,我公司已做了大量工作,除开发生产了具有很好的牢度和较低膜电压的双极膜外,还研制出了防漏电隔板,双极膜的成本也大幅度下降,已实现工业化规模生产,对于抗污染单膜和耐溶剂膜也正与有关专家交流,共同开发,我想会在较短时期内得到突破。
我公司郑重声明,愿与科研机构和企业竭诚合作,共同开发和拓宽广双极膜的应用范围,为改善中国乃至全世界水环境,发展循环经济,实现
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节能减排而努力奋斗。也欢迎各位专家学者光临指导并给予支持。
以上有不妥之处敬请原谅和批评指正。
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