膜析技術(shù)在混合酸回收中的應(yīng)用與前景展望

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隨著工業(yè)的快速發(fā)展，混合酸在化工、冶金、電鍍等行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛，但同時(shí)也產(chǎn)生了大量的混合酸廢水。這些廢水若直接排放，不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，開發(fā)高效、環(huán)保的混合酸回收技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。膜析技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù)，具有能耗低、分離效率高、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在混合酸回收領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

一、膜析技術(shù)概述

（一）膜析技術(shù)原理

膜析技術(shù)是利用某種特殊的半透膜對(duì)溶液中的某種溶質(zhì)或者溶劑（水）進(jìn)行選擇性分離、濃縮或提純的技術(shù)方法。在膜析過程中，半透膜允許某些物質(zhì)透過，而阻止其他物質(zhì)透過，從而實(shí)現(xiàn)混合物的分離。根據(jù)分離機(jī)制的不同，膜析技術(shù)可分為電滲析法、反滲透法、超濾法等。

（二）膜析技術(shù)分類

電滲析法：在直流電場(chǎng)的作用下，利用陰、陽離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽離子的選擇透過性，使溶液中的溶質(zhì)與水分離。
反滲透法：借助壓力促使水分子反向滲透，以濃縮溶液或廢水。當(dāng)向溶液一側(cè)施加的壓力超過其滲透壓時(shí)，溶液中的水就會(huì)透過半透膜，流向純水一側(cè)，而溶質(zhì)被截留在溶液一側(cè)。
超濾法：對(duì)料液施加一定壓力后，高分子物質(zhì)（分子量＞500）、膠體、蛋白質(zhì)等被半透膜所截留，而溶劑和低分子物質(zhì)（分子量＜500）則透過膜。

（三）膜析技術(shù)在混合酸回收中的優(yōu)勢(shì)

高效分離：膜析技術(shù)能夠根據(jù)混合酸中各組分的分子大小、電荷性質(zhì)等差異，實(shí)現(xiàn)高效分離，提高酸的回收率。
節(jié)能環(huán)保：與傳統(tǒng)的酸回收方法相比，膜析技術(shù)不需要高溫、高壓等條件，能耗低，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
操作簡(jiǎn)便：膜析技術(shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
資源循環(huán)利用：通過膜析技術(shù)回收的酸可以重新用于生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，降低生產(chǎn)成本。

二、不同膜析方法在混合酸回收中的應(yīng)用

（一）膜析膜法回收廢酸

膜析膜法是基于濃度梯度驅(qū)動(dòng)的膜分離過程，利用陰離子交換膜（陰膜）從鹽溶液中回收酸。在膜析過程中，廢酸液側(cè)的酸及其鹽的濃度遠(yuǎn)高于水的一側(cè)，根據(jù)膜析原理，由于濃度梯度的存在，廢酸及其鹽類有向擴(kuò)散室滲透的趨勢(shì)，但膜對(duì)陰離子具有選擇透過性，故在濃度差的作用下，廢酸側(cè)的陰離子被吸引而順利地透過膜孔道進(jìn)入水的一側(cè)。同時(shí)根據(jù)電中性要求，也會(huì)夾帶陽離子，由于H?的水化半徑比較小，電荷較少；而金屬鹽的水化半徑較大，電荷較多，因此H?會(huì)優(yōu)先通過膜，這樣廢液中的酸就會(huì)被分離出來。

例如，用陰離子交換膜滲析法處理含硫酸鈉的高濃度硫酸廢水，動(dòng)態(tài)法分離廢酸結(jié)果表明，H?SO?回收率達(dá)83.4%，回收酸中Na?SO?含量下降至5.2g/L?；w廠酸性廢水大約含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的Na?SO?，7%的H?SO?，1%的COD。采用膜析法處理化纖廠酸性廢水，回收率可達(dá)80%，回收酸與廢酸的濃度比約70%以上，鹽截留率70%。

（二）反滲透法在混合酸回收中的應(yīng)用

反滲透法可以對(duì)混合酸溶液進(jìn)行濃縮，提高酸的濃度。在一些工廠的生產(chǎn)過程中，如制造腈綸纖維時(shí)采用硝酸做溶劑，廢水中含有硝酸，用電滲析法（反滲透法的一種應(yīng)用形式）可把濃度為0.2%的硝酸濃縮到10%，然后回用于生產(chǎn)。

反滲透法具有操作壓力高、分離效率高、回收的酸純度較高等優(yōu)點(diǎn)。其工業(yè)上應(yīng)用的裝置有平板式、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種。根據(jù)膜材料化學(xué)組成的不同，反滲透膜可分為纖維素酯類膜和非纖維素酯類膜兩大類。

（三）超濾法在混合酸回收中的應(yīng)用

超濾法可以對(duì)混合酸中的大分子物質(zhì)、膠體等進(jìn)行截留，實(shí)現(xiàn)混合酸的初步凈化。在混合酸回收過程中，超濾法可以去除混合酸中的雜質(zhì)，如蛋白質(zhì)、淀粉、細(xì)菌等，提高回收酸的質(zhì)量。

超濾分離機(jī)理主要包括膜表面孔徑篩分機(jī)理、膜孔堵塞的阻滯面機(jī)理和膜面及膜孔對(duì)粒子的一次吸附機(jī)理。超濾過程中，由于高分子的低擴(kuò)散性和水的高滲透性，被截留的溶質(zhì)組分會(huì)在膜表面上積聚，使膜上的溶質(zhì)濃度高于溶液主體的濃度，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。濃差極化是一種可逆過程，可以通過降低超濾膜兩側(cè)的壓力差，或是通過提高超濾料液湍流速度以降低膜表面的溶質(zhì)濃度等方法，減輕濃差極化現(xiàn)象，使膜的透水通量得到較好的恢復(fù)，緩和其對(duì)超濾過程的負(fù)面影響。

三、膜析技術(shù)在混合酸回收中的實(shí)際應(yīng)用案例

（一）鋼鐵酸洗廢液處理

鋼鐵工業(yè)中酸洗廢液有硫酸、鹽酸及硝酸/氫氟酸酸洗廢液。目前應(yīng)用于鋼鐵酸洗廢液處理的膜處理技術(shù)，通過利用膜的離子選擇性將鐵鹽和酸分離，同時(shí)回收酸和鐵鹽，處理過程無相變，有較高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保價(jià)值。具體的膜處理技術(shù)根據(jù)酸的回收、濃縮以及廢水排放等不同目的，可分為滲析法、納濾法、氣升式膜反應(yīng)器法、膜蒸餾法等。

例如，某不銹鋼廠采用噴霧焙燒法對(duì)混合廢酸進(jìn)行再生利用。含金屬鹽的HF/HNO?廢混酸用提升泵提升至廢酸儲(chǔ)罐中，經(jīng)泵加壓送入文丘里預(yù)濃縮器與焙燒煙氣熱交換預(yù)加熱、濃縮，再經(jīng)過濾后送入噴霧焙燒爐的噴嘴，酸液通過噴槍及噴嘴成霧狀從頂部噴入焙燒爐內(nèi)，在焙燒爐內(nèi)發(fā)生蒸發(fā)及熱分解反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了廢酸的有效回收利用。

（二）化纖廠酸性廢水處理

化纖廠酸性廢水大約含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的Na?SO?，7%的H?SO?，1%的COD。目前工廠的處理方法是加堿中和，給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。采用膜析法處理化纖廠酸性廢水，回收率可達(dá)80%，回收酸與廢酸的濃度比約70%以上，鹽截留率70%。這不僅減少了企業(yè)的堿消耗，降低了生產(chǎn)成本，還實(shí)現(xiàn)了廢酸的資源化回收利用。

四、膜析技術(shù)在混合酸回收領(lǐng)域的發(fā)展前景

（一）技術(shù)創(chuàng)新

隨著材料科學(xué)和膜技術(shù)的不斷發(fā)展，新型膜材料和膜組件不斷涌現(xiàn)。例如，具有更高選擇性、更高通量和更長使用壽命的膜材料將被開發(fā)出來，進(jìn)一步提高膜析技術(shù)在混合酸回收中的效率和性能。

（二）應(yīng)用拓展

膜析技術(shù)不僅在化工、冶金等傳統(tǒng)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景，還將在新能源、環(huán)保等新興領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，在鋰電池生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含酸廢水回收、在污水處理中的酸回收等方面，膜析技術(shù)都將具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

（三）與其他技術(shù)的集成

膜析技術(shù)可以與其他技術(shù)如蒸發(fā)、結(jié)晶、萃取等相結(jié)合，形成更加高效、節(jié)能的混合酸回收工藝。例如，將膜析技術(shù)與蒸發(fā)技術(shù)相結(jié)合，可以先通過膜析技術(shù)對(duì)混合酸進(jìn)行預(yù)濃縮，然后再進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，進(jìn)一步提高酸的回收率和純度。

膜析技術(shù)作為一種高效的膜分離工藝，在混合酸回收領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。通過不同的膜析方法，如膜析膜法、反滲透法、超濾法等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合酸中不同組分的高效分離和回收。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，膜析技術(shù)將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為混合酸的回收利用和資源的循環(huán)利用提供更加有效的解決方案，推動(dòng)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。