[发明专利]一种回收稀溶液中金属离子的电控离子交换工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种回收稀溶液中金属离子的电控离子交换工艺，尤其是一种连续分离回收稀溶液中金属离子的电控离子交换工艺。

背景技术

离子交换法是一直被广泛采用的一种低浓度金属离子废水处理技术，出水水质较好，往往可以回收充分利用；然而，由于传统的离子交换法系统复杂、投资较高、操作繁琐，且离子交换基体需频繁使用酸碱化学药剂再生，产生二次污染，而且存在再生洗脱液的处理问题。如专利公开号为：CN 101863530 A的一种“连续式含重金属离子尾水处理系统及处理方法”，离子交换树脂需要用HCl再生。

电化学控制离子交换（Electrochemically switched ion exchange，ESIX）是将电活性离子交换功能材料沉积在导电基体上制成电活性薄膜，通过电化学方法控制膜在氧化和还原状态间转化，从溶液中可逆地置入和释放离子，从而使溶液中的离子得到分离并使膜得到再生的新型离子分离技术。电控离子分离方法不仅可以满足对目标离子的分离，还可以通过电控脱吸过程实现离子的循环利用。ESIX过程的主要推动力是电极电位，离子分离基体无需化学再生，消除了由化学再生剂产生的二次污染，是一种环境友好的高效分离技术，因而近年来得到国内外学者的关注。

ESIX过程的连续操作通过在反应器中间安装一阴离子交换膜形成一个“一膜两腔”反应器来进行，在阴离子交换膜两边分别安装一个相同的离子交换膜电极，给其中一膜电极施以还原电压，另一膜电极施以氧化电压来实现。但是，现在关于ESIX技术的研究大多是在三电极体系下进行的，如文献“Continuous ion exchange process based on polypyrrole as an electrochemically switchable ion exchanger”，把电控离子交换技术运用在三电极体系下，其设备昂贵，操作过程复杂；另外在三电极体系下的ESIX过程需要大量支持电解质且基体一般均采用贵金属基体，很难在工业上得到实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在电控离子交换技术的基础上，实现ESIX过程的循环连续运行，同步实现离子的吸脱附与膜电极的再生，消除现有离子交换法中由化学再生剂产生的二次污染，提供一种回收稀溶液中金属离子的电控离子交换工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：                      

一种回收稀溶液中金属离子的电控离子交换工艺；其所述工艺是采用计算机程序控制，在隔膜式反应器中利用膜电极的电控离子交换性能，通过给膜电极交替施以还原氧化电压,结合外部液体供给系统及自动控制系统实现对稀溶液中金属离子的连续分离及回收。其所述对稀溶液中金属离子的连续分离及回收的具体工艺步骤如下：

在反应器中对金属离子同步进行吸附与脱附；

排放反应器中相应的处理液与再生液；

洗涤脱附膜电极；

排放洗涤液；

通过切换施加在膜电极上的电压, 在反应器中对金属离子同步进行脱附与吸附；

排放反应器中相应的再生液与处理液；

洗涤脱附膜电极；

排放洗涤液；

按上述步骤循环进行，实现对稀溶液中金属离子的连续分离及回收。

基于上述技术方案的进一步实现，本发明所述的膜电极是在三维多孔导电基体上沉积有电活性离子交换功能材料；所述的三维多孔导电基体是碳毡基体、泡沫镍基体或是网状玻璃碳基体；所述的电活性离子交换功能材料是NiHCF、PANI、PPy和NiHCF/PANI中的一种；所述的到电控离子交换是两电极体系的离子交换；所述的稀溶液中金属离子是Cs离子、Ca离子或是Pb离子；所述的排液过程为吹气排液过程；所述的稀溶液为金属离子含量小于50 mg/l的处理液。

本发明一种回收金属离子的电控离子交换工艺，与现有技术相比，其创新之处在于：（1）电控离子分离设备可自动控制运行，操作简单；（2）将ESIX过程运用在两电极体系下，易于实现ESIX技术的工业应用；（3）可循环连续运行，大大缩短了操作时间；（4）膜电极可循环重复利用；（5）模拟废液既可以循环流过，也可单程流过；（6）再生液回收即可得到浓缩的金属离子（Cs离子、Ca离子或Pb离子）溶液；（7）采用了吹气排液技术；（8）可以通过控制液体流速、外加电压来控制离子分离速率；（9）对金属离子的去除率高，处理液及金属离子可回收利用。（10）膜电极电化学再生，离子分离基体无需化学再生，消除了由化学再生剂产生的二次污染。

附图说明