TW201836704A - 電透析模組及電透析系統 - Google Patents
電透析模組及電透析系統 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201836704A TW201836704A TW106111113A TW106111113A TW201836704A TW 201836704 A TW201836704 A TW 201836704A TW 106111113 A TW106111113 A TW 106111113A TW 106111113 A TW106111113 A TW 106111113A TW 201836704 A TW201836704 A TW 201836704A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- electrode
- exchange membrane
- ion exchange
- electrodialysis
- electrodialysis module
- Prior art date
Links
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 claims abstract description 96
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000011033 desalting Methods 0.000 claims description 30
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 23
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 18
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 claims description 17
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 14
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 13
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 12
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011133 lead Substances 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000005708 Sodium hypochlorite Substances 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims 4
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 claims 2
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910003446 platinum oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 60
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 46
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 24
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 24
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 23
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 20
- 239000002585 base Substances 0.000 description 18
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N itaconic acid Chemical compound OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 16
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 5
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 3
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 3
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- HLBBKKJFGFRGMU-UHFFFAOYSA-M sodium formate Chemical compound [Na+].[O-]C=O HLBBKKJFGFRGMU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 235000019254 sodium formate Nutrition 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000004280 Sodium formate Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001423 beryllium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 2
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 230000001846 repelling effect Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 2
- PJVXUVWGSCCGHT-ZPYZYFCMSA-N (2r,3s,4r,5r)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;(3s,4r,5r)-1,3,4,5,6-pentahydroxyhexan-2-one Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C(=O)CO PJVXUVWGSCCGHT-ZPYZYFCMSA-N 0.000 description 1
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 208000006558 Dental Calculus Diseases 0.000 description 1
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M Formate Chemical compound [O-]C=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- GTZCVFVGUGFEME-IWQZZHSRSA-N cis-aconitic acid Chemical compound OC(=O)C\C(C(O)=O)=C\C(O)=O GTZCVFVGUGFEME-IWQZZHSRSA-N 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N dioxolead Chemical compound O=[Pb]=O YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IZZSMHVWMGGQGU-UHFFFAOYSA-L disodium;2-methylidenebutanedioate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(=C)C([O-])=O IZZSMHVWMGGQGU-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 235000019534 high fructose corn syrup Nutrition 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229940049920 malate Drugs 0.000 description 1
- BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N malic acid Chemical compound OC(=O)C(O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000029219 regulation of pH Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L succinate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)CCC([O-])=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003319 supportive effect Effects 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/48—Apparatus therefor having one or more compartments filled with ion-exchange material, e.g. electrodeionisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/422—Electrodialysis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/461—Apparatus therefor comprising only a single cell, only one anion or cation exchange membrane or one pair of anion and cation membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/462—Apparatus therefor comprising the membrane sequence AA, where A is an anion exchange membrane
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/463—Apparatus therefor comprising the membrane sequence AC or CA, where C is a cation exchange membrane
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/464—Apparatus therefor comprising the membrane sequence CC
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
- C02F1/4693—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
- C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/12—Activated sludge processes
- C02F3/1236—Particular type of activated sludge installations
- C02F3/1268—Membrane bioreactor systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
Abstract
一種電透析模組,包括至少一基本單元。此基本單元包括工作槽、第一離子交換膜、第二離子交換膜、至少一第一電極以及至少兩個第二電極。第一離子交換膜位於工作槽中。第二離子交換膜位於工作槽中,且第一離子交換膜以及第二離子交換膜共同將工作槽區隔為兩個電極室以及位於兩個電極室之間的脫鹽室。至少一第一電極位於脫鹽室中。至少兩個第二電極分別位於每一個電極室中,其中至少兩個第二電極的極性與至少一第一電極的極性不同。
Description
本揭露是關於一種電透析模組,特別是用於分離純化的電透析模組。
有機酸及液鹼廣泛應運於化工原料、醫藥、食品及飼料等方面,而在各領域中普遍存有濃度提升之需求。然而,無論是有機酸後段產品的濃縮方法,例如蒸發結晶法、溶劑萃取法或鈣鹽法,或者是液鹼目前的濃縮的方法,例如是採用蒸發濃縮法,其皆存在耗能、產量低、程序複雜或雜質較高的缺點,致使成本無法再行削減。此外,目前研究中雖有結合雙極膜之二階段電透析方式回收有機酸之技術,惟使用雙極膜不僅成本高且透析量少,現階段並不適合應用於各個產業當中。因此,業界亟待開發一種兼具低成本及高回收率的有機酸及液鹼的濃縮方法。
本揭露提供一種電透析模組及電透析系統,其可有效地分離溶液中的鹽類,以純化溶液中的酸或是鹼。
本揭露提供一種電透析模組,包括至少一基本單元。此基本單元包括工作槽、第一離子交換膜、第二離子交換膜、至少一第一電極以及至少兩個第二電極。第一離子交換膜位於所述工作槽中。第二離子交換膜位於工作槽中,且第一離子交換膜以及第二離子交換膜共同將工作槽區隔為兩個電極室以及位於兩個電極室之間的脫鹽室。至少一第一電極位於脫鹽室中。至少兩個第二電極分別位於每一個電極室中,其中至少兩個第二電極的極性與至少一第一電極的極性不同。
本揭露另提供一種電透析系統,其包括電透析模組及應用單元。應用單元以連接件連接至電透析模組。
本揭露又提供一種電透析模組,包括至少一基本單元。此基本單元包括工作槽、第一離子交換膜、第二離子交換膜、兩個隔板、至少一第一電極以及至少兩個第二電極。第一離子交換膜位於所述工作槽中。第二離子交換膜位於所述工作槽中。兩個隔板位於工作槽中,且兩個隔板、第一離子交換膜以及第二離子交換膜共同將工作槽區隔為兩個電極室、兩個隔室以及位於兩個隔室之間的脫鹽室,其中每一隔室位於脫鹽室以及相對應的電極室之間。至少一第一電極位於脫鹽室中。至少兩個第二電極分別位於每一個電極室中,其中至少兩個第二電極的極性與至少一第一電極的極性不同。
本揭露又提供一種電透析系統,其包括電透析模組及應用單元。應用單元以連接件連接至電透析模組。
為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
參照本實施例之圖式以更全面地闡述本揭露。然而,本揭露亦可以各種不同的形式體現,而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件,以下段落將不再一一贅述。
圖1為本揭露之其一實施例的電透析模組的示意圖。
請參照圖1,電透析模組100包括至少一基本單元102。在一些實施例中,基本單元102可為多個,其數量可依據分離純化所需時間、目標濃縮濃度或溶液所需pH值進行適當的調整。在具有多個基本單元102的實施例中,基本單元102是以並聯的方式彼此串接。
基本單元102包括工作槽104、第一離子交換膜106a、第二離子交換膜106b、至少一第一電極114以及至少兩個第二電極116。第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b位於工作槽104中並共同將工作槽104區隔為電極室108a、電極室108b以及位於電極室108a與電極室108b之間的脫鹽室110。在一實施例中,脫鹽室110與電極室108a、108b中的溶液分別由第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b隔開而使得脫鹽室110與電極室108a、108b中的溶液互不相通,以避免電透析模組100無法正常運作。在另一實施例中,電極室108a及電極室108b中的溶液可以是酸性溶液,例如是硫酸(H2
SO4
)、鹽酸(HCl)、硝酸(HNO3
)或其組合。在另一實施例中,電極室108a以及電極室108b中的溶液可以是鹼性溶液,例如是氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、硫酸鈉(Na2
SO4
)或其組合。
在一些實施例中,電極室108a、108b可選擇性地連接至儲存槽112,使得電極室108a、108b中的溶液與儲存槽112的溶液連通。儲存槽112可以提供溶液至電極室108a、108b,以增加電極室108a、108b中溶液體積的方式來穩定pH值。在一實施例中,電極室108a及電極室108b分別連接至不同的儲存槽112,使得電極室108a及電極室108b中的溶液彼此互不相通。在另一實施例中,電極室108a及電極室108b可連接至相同的儲存槽112,使得電極室108a、108b中的溶液可以彼此互通。
第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b例如是對陰離子或是陽離子具有選擇性的高分子膜。舉例來說,離子交換膜106a、106b可以是陽離子交換膜(cation exchange membrane,CEM)或是陰離子交換膜(anion exchange membrane,AEM)。舉例來說,陽離子交換膜是含酸性官能基的膜,例如是包含強酸性磺酸型陽離子交換樹脂(sulfonie acid ion exchange resin)的膜、具陽離子選擇性之均相或異相的透析膜或其組合。陰離子交換膜是含鹼性官能基的膜,例如是包含強鹼性季銨型陰離子交換樹脂(quarternary ammonium ion exchange)的膜、具陰離子選擇性之均相或異相的透析膜或其組合。在一實施例中,離子交換膜106a、106b可以具有相同的極性。舉例來說,離子交換膜106a以及離子交換膜106b可以均為陽離子交換膜,或是均為陰離子交換膜。上述所謂的「陽離子交換膜」表示陽離子能通過而陰離子無法通過的薄膜。上述所謂的「陰離子交換膜」表示陰離子能通過而陽離子無法通過的薄膜。
在本實施例中,基本單元102包括一個第一電極114以及兩個第二電極116,但不以此為限。第一電極114位於脫鹽室110中。兩個第二電極116分別位於電極室108a以及電極室108b中。在一實施例中,第一電極114的極性與兩個第二電極116的極性不同,藉此提升脫鹽室110中的電透析效率。
舉例來說,在第一電極114為陽極;而第二電極116為陰極的情況下,含鹽類MX的溶液(目標溶液)由入口118通入脫鹽室110後,經由電場的施加(陽極施加正電位;陰極施加負電位),鹽類MX會解離成陽離子M+
(例如金屬陽離子)及陰離子X-
(例如酸根離子)。其中,M+
可以是帶+1價、+2價、+3價,但不以此為限;而X-
可以是帶-1價、-2價、-3價,但不以此為限。在同類電荷相斥及異類電荷相吸的情況下,部分的陽離子M+
沿著第一方向D1經由第一離子交換膜106a遷移到位於脫鹽室110一側的電極室108a中;另一部分的陽離子M+
沿著第二方向D2經由第二離子交換膜106b而遷移到脫鹽室110另一側的電極室108b中。如此一來,脫鹽室110中的陰離子X-
會與陽極(第一電極114)所產生的氫離子H+
(請參照以下式1所示的陽極半反應式)形成酸HX,而電極室108a、108b中的陽離子M+
則與陰極(第二電極116)所產生的氫氧根離子OH-
(請參照以下式2所示的陰極半反應式)形成鹼MOH(或以M(OH)n
來表示,其中n為M所帶的價數)。
換句話說,由入口118通入脫鹽室110中的酸溶液可藉由脫除溶液中所含的鹽類而濃縮/純化,而於出口120獲得高濃度的酸液,並且可於電極室108a、108b獲得具有廣泛應用性的液鹼。在一些特定應用領域中,電極室108a、108b中的液鹼可以作為pH值的調節劑。
[式1] 2H2
O→4H+
+O2
+4e-
[式2] 2H2
O+2e-
→H2
+2OH-
在另一實施例中,為了進一步提升脫鹽室110中產酸的效率以及電極室108a、108b中產鹼的效率,第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b可以是陽離子交換膜,使得陰離子X-
則無法通過第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b而留在脫鹽室110中。如此一來,脫鹽室110中有較多可與氫離子H+
形成酸HX的陰離子X-
;而電極室108a、108b中則有較多可與氫氧根離子OH-
形成鹼MOH的陽離子M+
,故可進一步提升脫鹽室110中產酸的效率以及電極室108a、108b中產鹼的效率。
此外,在又一實施例中,為了進一步提升脫鹽室110中酸的濃度以及電極室108a、108b中液鹼的濃度,由出口120所流出的溶液可再次通入脫鹽室110中,以分離溶液中未脫除的鹽類。換句話說,藉由循環操作可進一步提升脫鹽室110中酸的濃度以及電極室108a、108b中液鹼的濃度。
在一示例性實施例中,第一電極114為陽極,而第二電極116為陰極,當含甲酸鈉(HCOONa)的溶液由入口118通入脫鹽室110後,甲酸鈉於脫鹽室110中解離成鈉離子(Na+
)及甲酸根離子(HCOO-
)。甲酸根離子會留在脫鹽室110中且與陽極所產生的氫離子H+
形成甲酸(HCOOH)。另一方面,鈉離子則分別沿著第一方向D1及第二方向D2通過陽離子交換膜106a、106b,而各自於電極室108a、108b中與陰極所產生的氫氧根離子OH-
形成氫氧化鈉(NaOH)。
在另一實施例中,第一電極114是陽極;第二電極116是陰極。陽極的材料例如是選自由氧化銥(IrO2
)、氧化釕(RuO4
)、氧化鉛(PbO2
)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鋁(Al)、金(Au)、鈦(Ti)、銀(Ag)、鐵(Fe)、白金(Pt)、不鏽鋼(stainless)、其氧化物以及合金形式之組合所構成的群組。陰極的材料例如是選自由不鏽鋼、鐵(Fe)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、氧化銥(IrO2
)、汞(Hg)、其氧化物以及合金形式之組合所構成的群組。在又一實施例中,為了提升脫鹽室110中分離鹽類的效率,作為陽極的第一電極114的材料可選自於濃度為0.2%的次氯酸鈉(NaClO)溶液中具有析氧電位為1.5 V至2V的材料(以恆電位儀從0 V掃描至5 V)。舉例來說,第一電極114的材料可選自由IrO2
、PbO2
、Pb、Ag、Fe、Pt、不鏽鋼、Ti、其氧化物以及合金形式之組合所構成的群組。於濃度為0.2%的NaClO溶液中,Ti的析氧電位例如是2.0 V;氧化銥於鈦基底上(IrO2
/Ti)的析氧電位例如是1.6V;鉛於鈦基底上(Pt/Ti)的析氧電位例如是1.6V;PbO2
的析氧電位例如是1.9V。上述所謂的「析氧電位」表示水產生電解並於陽極產生氧氣的電位。
圖2為本揭露之另一實施例的電透析模組的示意圖。圖2中的電透析模組200大致與圖1的電透析模組100相同,其不同之處在於基本單元202中的第一電極214為陰極;兩個第二電極216為陽極。因此,相同或相似元件使用相同或相似標號,其餘構件之連接關係、材料及其製程已於前文中進行詳盡地描述,故於下文中不再重複贅述。
請參照圖2,在第一電極214為陰極而第二電極216為陽極的情況下,含鹽類MX的溶液由入口118通入脫鹽室110後,經由電場的施加(陰極施加負電位;陽極施加正電位),鹽類MX會解離成陽離子M+
(例如金屬陽離子)及陰離子X-
(例如酸根離子)。在同類電荷相斥及異類電荷相吸的情況下,部分的陰離子X-
沿著第一方向D1經由第一離子交換膜106a遷移到脫鹽室110一側的電極室108a中;另一部分的陰離子X-
沿著第二方向D2經由第二離子交換膜106b而遷移到位於脫鹽室110另一側的電極室108b中。如此一來,脫鹽室110中的陽離子M+
會與陰極(第一電極214)所產生的氫氧根離子OH-
形成鹼MOH;而電極室108a、108b中的陰離子X-
則與陽極(第二電極216)所產生的氫離子H+
形成酸HX。除此之外,陰極(第一電極214)所產生的氫氧根離子OH-
可改變溶液的離子活性係數(activity coefficient of ion),從而降低鹽類MX於溶液中的溶解度,致使陰離子X-
更容易通過第一離子交換膜106a以及第二離子交換膜106b而遷移到電極室108a、108b中,以與第二電極216電解所產生的氫離子H+
結合產生酸HX,形成酸化反應(acidification)。換句話說,由入口118通入脫鹽室110中的溶液可藉由脫除溶液中所含的鹽類MX來提升此溶液的pH值,以於出口120獲得高pH值且鹽類MX含量較少的鹼液,並且可於電極室108a、108b中獲得高濃度的酸液。又,在另一實施例中,為了進一步提升脫鹽室110中產鹼的效率以及電極室108a、108b中產酸的效率,第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b可以是陰離子交換膜,使得陽離子M+
無法通過第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b而留在脫鹽室110中。如此一來,脫鹽室110中有較多可與氫氧根離子OH-
形成鹼MOH的陽離子M+
;而電極室108a、108b中則有較多可與氫離子H+
形成酸HX的陰離子X-
,因此,可進一步提升脫鹽室110中產鹼的效率以及電極室108a、108b中產酸的效率。
此外,在又一實施例中,為了進一步提升脫鹽室110中鹼液MOH的pH值以及電極室108a、108b中酸HX的濃度,由出口120所流出的溶液可再次通入脫鹽室110中,以分離溶液中未脫除的鹽類MX。換句話說,藉由循環操作可進一步提升脫鹽室110中溶液的pH值以及電極室108a、108b中酸HX的濃度。
在一些示例性實施例中,第一電極214是陰極,而第二電極216是陽極,當含衣康酸鹽(Itaconate)的溶液由入口118通入脫鹽室110後,電極室108a、108b中的衣康酸酸根離子與陽極(第二電極216)產生的氫離子形成衣康酸(Itaconic Acid,IA)。
在另一實施例中,第一電極214是陰極;第二電極216是陽極。陰極的材料例如是選自由不鏽鋼、Pt、Ti、IrO2
、Hg、Fe及其組合所構成的群組。陽極的材料例如是選自由IrO2
、RuO4
、PbO2
、Cu、Zn、Pb、Al、Au及其組合所構成的群組。另外,在一實施例中,為了提升脫鹽室110中分離鹽類的效率,第一電極214可選自於濃度為0.2%的NaClO溶液中具有析氫電位為-0.5 V至-1.5V的材料(以恆電位儀從0 V掃描至-5 V)。舉例來說,作為陰極的第一電極214的材料可選自由不鏽鋼、鐵、Pt以及Ti所構成的群組。在另一實施例中,於濃度為0.2%的NaClO溶液中,Ti的析氫電位例如是-1.0 V;IrO2
/Ti的析氫電位例如是-1.7V;Pt/Ti的析氫電位例如是-0.8V;不鏽鋼(例如304等級的不鏽鋼)的析氫電位例如是-1.4V。上述所謂的「析氫電位」表示水產生電解並於陰極產生氫氣的電位。
圖3為本揭露之另一實施例的電透析模組的示意圖。圖3中的電透析模組200a大致與圖2的電透析模組200相同,其不同之處在於工作槽104中更包括隔板306a、306b。隔板306a、306b與第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b共同將工作槽104區隔為電極室108a、108b、隔室308a、308b以及脫鹽室110。脫鹽室110位於隔室308a以及隔室308b之間。隔室308a位於電極室108a以及脫鹽室110之間。隔室308b位於電極室108b以及脫鹽室110之間。在一些實施例中,隔板306a、306b為具有液體通透性,不會妨礙液體流通,為離子交換膜以外具有支撐性的通透性隔板,例如電極壓板。隔板306a、306b的材料包括聚合物或是樹脂,例如是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、ABS樹脂、聚氯乙烯(PVC)、壓克力樹脂、尼龍(PA)或其組合。在本實施例中,與前一實施例相同或相似元件使用相同或相似標號,其餘構件之連接關係、材料及其製程已於前文中進行詳盡地描述,故於下文中不再重複贅述。 請參照圖3,基本單元202a包括一個第一電極214以及兩個第二電極216,但不以此為限。第一電極214位於脫鹽室110中。兩個第二電極216分別位於電極室108a以及電極室108b中。在第一電極214為陰極而第二電極216為陽極的情況下,含鹽類MX的溶液由入口118通入脫鹽室110後,經由電場的施加,鹽類MX會解離成陽離子M+
及陰離子X-
。在同類電荷相斥及異類電荷相吸的情況下,部分的陰離子X-
沿著第一方向D1經由第一離子交換膜106a遷移到位於脫鹽室110一側的隔室308a中;另一部分的陰離子X-
沿著第二方向D2經由第二離子交換膜106b而遷移到脫鹽室110另一側的隔室308b中。除此之外,位於電極室108a中的陽極(第二電極216)所產生的氫離子H+
也會沿著第二方向D2經由隔板306a遷移至隔室308a中;而另一電極室108b中的陽極(第二電極216)所產生的氫離子H+
則沿著第一方向D1經由隔板306b遷移至隔室308b中。也就是說,陽離子M+
會與陰極(第一電極214)所產生的氫氧根離子OH-
形成鹼MOH,而隔室308a、308b中的陰離子X-
則與從電極室108a、108b遷移而來的氫離子H+
形成酸HX。
在又一實施例中,隔板306a、306b可以是離子交換膜。更詳細地說,隔板306a、306b可以是與第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b具有不同極性的離子交換膜,以進一步提升隔室308a、308b中產酸的效率。舉例來說,第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b是陰離子交換膜,而隔板306a、306b是陽離子交換膜。如此一來,氫離子H+
可以通過隔板(陽離子交換膜)306a、306b而遷移至隔室308a、308b中,但無法通過第一離子交換膜(陰離子交換膜)106a及第二離子交換膜(陰離子交換膜)106b;陰離子X-
可以通過第一離子交換膜(陰離子交換膜)106a及第二離子交換膜(陰離子交換膜)106b而遷移至隔室308a、308b中,但無法通過隔板(陽離子交換膜)306a、306b。因此,隔室308a、308b中有較多可與陰離子X-
形成酸HX的氫離子H+
,故可進一步提升脫鹽室110中產酸的效率。
圖4為本揭露之又一實施例的電透析系統的示意圖。圖5為依照本揭露之其一實施例的電透析系統進行衣康酸純化的濃度與時間的曲線圖。
請參照圖4,在一些實施例中,電透析模組200可藉由連接件204(204a與204b)連接至應用單元206,以構成電透析系統300。所述應用單元206可以包括發酵槽、膜濾單元、生物過濾單元、分離純化單元或其組合。膜濾單元例如是超過濾(Ultra Filtration,UF)、奈米過濾(Nano filtration,NF)、逆滲透(Reverse Osmosis,RO)或其組合,但不限於此。生物過濾單元例如是薄膜生物反應器(membrane bioreactor,MBR)、高效率生物濾床(BioNET)或其組合,但不限於此。
在一示範實施例中,應用單元206為發酵槽。應用單元206藉由連接件204a連接脫鹽室110的入口118,並藉由連接件204b連接出口120,使得應用單元206中的溶液可在脫鹽室110中循環。也就是說,在脫鹽室110中的第一電極214為陰極的情況下,應用單元206中的溶液可於脫鹽室110中脫除溶液中所含的鹽類,以於出口120獲得高pH值且鹽類含量較少的溶液。如此一來,不僅可將低鹽類濃度之溶液送返應用單元206以提供基質,並且回流至應用單元206的溶液可用以平衡微生物反應所產生的有機酸(例如乳酸),使得微生物的活性不會受到抑制(微生物的活性在酸性環境下會受到抑制),因此,在不添加pH調節劑的情況下,仍可維持應用單元206中的微生物反應。另一方面,在電極室108a、108b中的第二電極216為陽極的情況下,電極室108a、108b中經第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b(例如陰離子交換膜)透析所得的陰離子X-
則與陽極所產生的氫離子H+
結合產生酸HX,並藉由循環操作來提高酸的濃度,達到產物濃縮的目標。
基於上述,上述一些實施例中所提出的電透析模組,可以使得脫鹽室中溶液所含的鹽類解離,使其陽離子經離子交換膜遷移至電極室中,而與電極室中之陰極所產生的氫氧根離子結合,而產生鹼(第一電極為陽極;第二電極為陰極)。上述另一些實施例中所提出的電透析模組,可以使得脫鹽室中溶液所含的鹽類解離,使其陰離子經離子交換膜遷移至電極室,而與電極室中之陽極所產生的氫離子結合,而產生酸(第一電極為陰極;第二電極為陽極)。因此,上述實施例所提出的電透析模組可於電極室中獲得高純度的酸溶液或是鹼溶液,因此,可進一步廣泛地應用於食品飲料(例如酒品酒石之酸穩定化、製程用水之回收/回用)、酸鹼回收(樹脂再生、酸蝕刻、鋁陽極處理、金屬酸洗)、用水回收(滷水濃縮、逆滲透濃縮水回用)、有機純化(脫酸、發酵pH調控、酸/鹼自產)、製藥、發酵、貴金屬回收、酸鹼回收與分離純化等領域中。
實驗例
實驗
1
圖5為以本揭露一些實施例的電透析系統進行衣康酸純化的濃度與時間的曲線圖。
以上述電透析系統300進行衣康酸純化的實驗。電透析模組200中的第一電極214是陰極;第二電極216是陽極;第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b是陰離子交換膜。
第一電極214的材料為不鏽鋼304,其在濃度為0.2%的NaClO溶液中,不鏽鋼304的析氫電位為-1.5V。另外,衣康酸原液(衣康酸鹽,例如衣康酸鈉)為依序經甘油發酵製程、離心(去除土麴菌細胞)及過濾(經微過濾器過濾)後進入電透析模組200中。
如圖5所示,當起動(On)電透析模組200時,由出口120回流至應用單元206(例如是發酵槽)中的溶液因為含有鹼MOH(例如NaOH),因此可平衡應用單元206(例如是發酵槽)中微生物作用所產生的酸,以維持微生物的反應活性(酸度增加會抑制微生物發酵作用),故可持續產生衣康酸鹽。並且,透過循環操作,使得電極室108a、108b中經陰離子交換膜(第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b)透析所得的衣康酸根離子可以不斷地與陽極(第二電極216)所產生之氫離子結合而產生衣康酸,使得衣康酸濃度持續上升。當關閉(Off)電透析模組200時,衣康酸濃度則不再上升。基於此,電透析模組200不僅可有效地維持應用單元206(例如是發酵槽)中微生物的反應活性,並且藉由分離溶液中所含的衣康酸鹽可於電極室108a、108b中獲得高純化度的衣康酸溶液。也就是說,上述實施例的電透析模組200除了藉由電透析反應與溶解度差異所導致之酸化反應來提升衣康酸濃度外,更可以有效減少所需添加的緩衝藥劑(例如pH調節劑),迴流補助甘油基質,降低前端發酵與後端分離純化的成本。
實驗
2
圖6為依照本揭露一些實施例進行不同酸溶液純化的濃度與時間的曲線圖。
以上述電透析模組200進行不同酸溶液純化的實驗。電透析模組200中的第一電極214是陰極;第二電極216是陽極;第一離子交換膜106a及第二離子交換膜106b是陰離子交換膜。
第一電極214的材料為不鏽鋼304,其在濃度為0.2%的NaClO溶液中,不鏽鋼304的析氫電位為-1.5V。
酸溶液以草酸(oxalate)、檸檬酸(citrate)、蘋果酸(malate)、琥珀酸(succinate)、甘油(glycerol)、乙酸(acetate)、順-烏頭酸(cis-aconitate)、葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、衣康酸(IA)以及甲酸鹽(formate)為例進行說明。實驗結果顯示於圖6與表1中。
表1
由圖6及表1可知,上述實施例的電透析模組200可有效地分離脫鹽室110中溶液所含的鹽類,使得電極108a、108b中經陰離子交換膜透析所得的酸根離子與陽極所產生的氫離子結合產生酸,並藉由循環操作來提高酸的濃度,達到產物濃縮的目標。另外,依據酸解離常數(acid dissociation constant,Ka
)與溶液的pH值,不同酸根離子與氫離子結合為酸的難易程度皆不同,故產酸量也不同。
綜上所述,上述一些實施例所提出的電透析模組中,溶液所含的鹽類可以在脫鹽室中解離,其陰離子可經離子交換膜遷移,而與電極室中之陽極所產生的氫離子結合而產生酸。上述另一些實施例所提出的電透析模組中,溶液所含的鹽類可以在脫鹽室中解離,其陽離子經離子交換膜遷移,而與電極室中之陰極所產生的氫氧根離子結合產生鹼。如此一來,上述實施例所提出的電透析模組可於電極室中獲得高純度的酸溶液或是鹼溶液。
雖然本揭露已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本揭露,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本揭露的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、200a‧‧‧電透析模組
102、202、202a‧‧‧基本單元
104‧‧‧工作槽
106a‧‧‧第一離子交換膜
106b‧‧‧第二離子交換膜
108a、108b‧‧‧電極室
110‧‧‧脫鹽室
112‧‧‧儲存槽
114、214‧‧‧第一電極
116、216‧‧‧第二電極
118‧‧‧入口
120‧‧‧出口
204、204a、204b‧‧‧連接件
206‧‧‧應用單元
300‧‧‧電透析系統
306a、306b‧‧‧隔板
308a、308b‧‧‧隔室
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
MX‧‧‧鹽類
HX‧‧‧有機酸
M+‧‧‧陽離子
X-‧‧‧陰離子
H+‧‧‧氫離子
OH-‧‧‧氫氧根離子
On‧‧‧啟動
Off‧‧‧關閉
圖1為本揭露之其一實施例的電透析模組的示意圖。 圖2為本揭露之另一實施例的電透析模組的示意圖。 圖3為本揭露之又一實施例的電透析模組的示意圖。 圖4為本揭露之又一實施例的電透析系統的示意圖。 圖5為依照本揭露之其一實施例的電透析系統進行衣康酸純化的濃度與時間的曲線圖。 圖6為依照本揭露之另一實施例進行不同酸溶液純化的濃度與時間的曲線圖。
Claims (20)
- 一種電透析模組,包括: 至少一基本單元,包括: 工作槽; 第一離子交換膜,位於所述工作槽中; 第二離子交換膜,位於所述工作槽中,且所述第一離子交換膜以及所述第二離子交換膜共同將所述工作槽區隔為兩個電極以及位於所述兩個電極室之間的脫鹽室; 至少一第一電極,位於所述脫鹽室中;以及 至少兩個第二電極,分別位於每一個電極室中,其中所述至少兩個第二電極的極性與所述至少一第一電極的極性不同。
- 如申請專利範圍第1項所述的電透析模組,其中所述第一離子交換膜以及所述第二離子交換膜具有相同的極性。
- 如申請專利範圍第1項所述的電透析模組,其中所述至少一第一電極與所述第一離子交換膜以及所述第二離子交換膜具有相同的極性。
- 如申請專利範圍第2項所述的電透析模組,其中所述至少一第一電極為陽極,且所述至少一第一電極於次氯酸鈉溶液中的析氧電位為1.5 V至2 V。
- 如申請專利範圍第4項所述的電透析模組,其中所述至少一第一電極的材料選自由氧化銥、氧化鉛、鉛、銀、鐵、白金、不鏽鋼、鈦、其氧化物以及合金形式之組合所構成的群組。
- 如申請專利範圍第4項所述的電透析模組,其中所述至少兩個第二電極為陰極,且所述至少兩個第二電極的材料選自由不鏽鋼、鐵、鉑、鈦、氧化銥、汞、其氧化物以及合金形式之組合所構成的群組。
- 如申請專利範圍第4項所述的電透析模組,其中所述第一離子交換膜以及所述第二離子交換膜為陽離子交換膜。
- 如申請專利範圍第2項所述的電透析模組,其中所述至少一第一電極為陰極,所述至少一第一電極於次氯酸鈉溶液中的析氫電位為-0.5V至-1.5V。
- 如申請專利範圍第8項所述的電透析模組,其中所述至少一第一電極的材料選自由不鏽鋼、鐵、鉑及鈦所構成的群組。
- 如申請專利範圍第8項所述的電透析模組,其中所述至少兩個第二電極為陽極,所述至少兩個第二電極的材料選自由氧化銥、氧化釕、氧化鉛、銅、鋅、鉛、鋁、金及其組合所構成的群組。
- 如申請專利範圍第8項所述的電透析模組,其中所述第一離子交換膜以及所述第二離子交換膜為陰離子交換膜。
- 一種電透析系統,包括: 如申請專利範圍第1~11項中任一項所述的電透析模組;以及 應用單元,以連接件連接至所述電透析模組。
- 如申請專利範圍第12項所述的電透析系統,其中所述應用單元包括發酵槽、膜濾單元、生物過濾單元、分離純化單元或其組合。
- 一種電透析模組,包括: 至少一基本單元,包括: 工作槽; 第一離子交換膜,位於所述工作槽中; 第二離子交換膜,位於所述工作槽中; 兩個隔板,位於所述工作槽中,且所述兩個隔板、所述第一離子交換膜以及所述第二離子交換膜共同將所述工作槽區隔為兩個電極室、兩個隔室以及位於所述兩個隔室之間的脫鹽室,其中每一隔室位於所述脫鹽室以及相對應的電極室之間; 至少一第一電極,位於所述脫鹽室中;以及 至少兩個第二電極,分別位於每一個電極室中,其中所述至少兩個第二電極的極性與所述至少一第一電極的極性不同。
- 如申請專利範圍第14項所述的電透析模組,其中所述第一離子交換膜以及所述第二離子交換膜具有相同的極性。
- 如申請專利範圍第15項所述的電透析模組,其中所述兩個隔板包括與所述第一離子交換膜以及所述第二離子交換膜具有不同極性的離子交換膜。
- 如申請專利範圍第14項所述的電透析模組,其中所述兩個隔板具有液體通透性,且不是離子交換膜。
- 如申請專利範圍第14項所述的電透析模組,其中所述至少一第一電極與所述第一離子交換膜以及所述第二離子交換膜具有相同的極性。
- 一種電透析系統,包括: 如申請專利範圍第14~18項中任一項所述的電透析模組;以及 應用單元,以連接件連接至所述電透析模組。
- 如申請專利範圍第19項所述的電透析系統,其中所述應用單元包括發酵槽、膜濾單元、生物過濾單元、分離純化單元或其組合。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW106111113A TWI622428B (zh) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | 電透析模組及電透析系統 |
CN201710469653.8A CN108654389B (zh) | 2017-03-31 | 2017-06-20 | 电透析模块及电透析系统 |
US15/851,691 US10688438B2 (en) | 2017-03-31 | 2017-12-21 | Electrodialysis module and electrodialysis system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW106111113A TWI622428B (zh) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | 電透析模組及電透析系統 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TWI622428B TWI622428B (zh) | 2018-05-01 |
TW201836704A true TW201836704A (zh) | 2018-10-16 |
Family
ID=62951489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW106111113A TWI622428B (zh) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | 電透析模組及電透析系統 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10688438B2 (zh) |
CN (1) | CN108654389B (zh) |
TW (1) | TWI622428B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI682068B (zh) * | 2018-11-21 | 2020-01-11 | 元智大學 | 氣水循環系統及其多功能水電解裝置 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111268831A (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-12 | 绍兴齐英膜科技有限公司 | 一种阴离子混盐废水制酸碱的方法 |
JP7319155B2 (ja) * | 2019-09-26 | 2023-08-01 | 日東電工株式会社 | 水素ガス製造方法及び水素ガス製造システム |
JP7372130B2 (ja) * | 2019-12-09 | 2023-10-31 | 日東電工株式会社 | 水素貯蔵方法、水素ガスの製造方法及び水素ガス製造システム |
CN113788580A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-14 | 浙江开创环保科技股份有限公司 | 一种丙烯酸酯生产废水的处理工艺及系统 |
US11998875B2 (en) | 2021-12-22 | 2024-06-04 | The Research Foundation for The State University of New York York | System and method for electrochemical ocean alkalinity enhancement |
CN115364672B (zh) * | 2022-09-28 | 2023-11-03 | 广东邦普循环科技有限公司 | 一种用于盐湖提锂的四通道电渗析装置 |
Family Cites Families (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4089760A (en) * | 1974-08-30 | 1978-05-16 | Nippon Evr Limited | Method for regenerating waste developers used for processing silver halide photographic materials and method for storing developers |
US4361475A (en) * | 1980-01-10 | 1982-11-30 | Innova, Inc. | Membrane block construction and electrochemical cell |
ATE378444T1 (de) * | 2001-03-08 | 2007-11-15 | Enthone | System zur elektrodialytischen regeneration eines stromlosen badelektrolyten |
US6787021B2 (en) | 2002-01-03 | 2004-09-07 | Sachem, Inc. | Purification of onium hydroxides by electrodialysis |
JP3794354B2 (ja) * | 2002-07-08 | 2006-07-05 | 栗田工業株式会社 | 電気脱イオン装置 |
CA2511868C (en) * | 2002-12-27 | 2011-03-15 | Ebara Corporation | Electrical deionization apparatus |
EP1638672B1 (en) * | 2003-06-23 | 2010-02-03 | Vattenfall Ab | Boron separation and recovery |
TWI232772B (en) | 2003-12-18 | 2005-05-21 | Ind Tech Res Inst | Acid-saving electrodialysis apparatus and method |
CA2558164C (en) * | 2004-03-01 | 2013-01-22 | Universite Laval | Process and system for separation of organic charged compounds |
TWI388511B (zh) * | 2004-07-15 | 2013-03-11 | Ebara Engineering Service Co Ltd | 電氣式脫鹽裝置 |
TW200916415A (en) * | 2007-10-08 | 2009-04-16 | China Steel Corp | Reverse electrode dialysis method for processing waste water containing silicon |
TW200922881A (en) * | 2007-11-23 | 2009-06-01 | Ind Tech Res Inst | Electro-deionization water purification system |
CN101249385B (zh) * | 2007-11-27 | 2010-07-21 | 江南大学 | 一种用电渗析脱盐提纯两性表面活性剂的方法 |
US8088266B2 (en) * | 2009-02-20 | 2012-01-03 | Asia Union Electronic Chemical Corporation | Electrodialysis method for purifying of silicate-containing potassium hydroxide etching solution |
CN102041279B (zh) * | 2009-10-21 | 2013-06-19 | 中国石油化工股份有限公司 | 生物膜-电渗析耦合连续生产l-乳酸工艺 |
CN101817513B (zh) * | 2010-04-30 | 2012-06-27 | 四川川恒化工股份有限公司 | 磷酸净化装置 |
WO2011163215A1 (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Method and apparatus for desalination and purification |
JP5103547B2 (ja) | 2010-08-19 | 2012-12-19 | 花王株式会社 | エポキシ化合物の製造方法 |
CA2848861A1 (en) * | 2011-09-15 | 2013-03-21 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Modular bioelectrochemical systems and methods |
US20130126353A1 (en) | 2011-11-17 | 2013-05-23 | General Electric Company | Electrodialysis with ion exchange and bi-polar electrodialysis |
TWI460005B (zh) | 2012-06-04 | 2014-11-11 | Arps Inc | Surface treatment of wet process cleaning fluid recycling system |
CN103012106B (zh) | 2012-11-27 | 2014-10-08 | 青岛琅琊台集团股份有限公司 | 一种应用膜技术提取琥珀酸的方法 |
WO2014132888A1 (ja) * | 2013-03-01 | 2014-09-04 | オルガノ株式会社 | 脱塩方法及び脱塩装置 |
JP2017037867A (ja) * | 2013-12-26 | 2017-02-16 | 株式会社クラレ | 電極及びその製造方法並びにそれを有する通液型コンデンサ |
TWI543809B (zh) | 2014-10-08 | 2016-08-01 | 國立中正大學 | 用於純化生物丁二酸的電透析裝置 |
US10266430B2 (en) * | 2015-06-15 | 2019-04-23 | Saltworks Technologies Inc. | Process and system for removing ammonium from wastewater |
CN205740455U (zh) * | 2016-06-03 | 2016-11-30 | 华东师范大学 | 一种不对称流动式电极的脱盐装置 |
-
2017
- 2017-03-31 TW TW106111113A patent/TWI622428B/zh active
- 2017-06-20 CN CN201710469653.8A patent/CN108654389B/zh active Active
- 2017-12-21 US US15/851,691 patent/US10688438B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI682068B (zh) * | 2018-11-21 | 2020-01-11 | 元智大學 | 氣水循環系統及其多功能水電解裝置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10688438B2 (en) | 2020-06-23 |
US20180280882A1 (en) | 2018-10-04 |
CN108654389B (zh) | 2021-06-29 |
CN108654389A (zh) | 2018-10-16 |
TWI622428B (zh) | 2018-05-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI622428B (zh) | 電透析模組及電透析系統 | |
TWI430965B (zh) | 去鹽作用之方法及裝置 | |
US6303037B1 (en) | Reverse osmosis process and equipment | |
JP3181795B2 (ja) | 電解水製造装置 | |
US4636295A (en) | Method for the recovery of lithium from solutions by electrodialysis | |
CN106630040A (zh) | 一种选择性双极膜电渗析系统及其应用 | |
EP1102621A1 (en) | Method for reducing scaling in electrodeionization systems | |
CN102828198A (zh) | 氯碱用全氟离子交换膜法电解有机铵盐制备高纯季铵碱的方法 | |
JP3164970B2 (ja) | 一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法 | |
CN104909503B (zh) | 一种集成膜过程海水淡化方法 | |
US5064538A (en) | Membrane process for acid recovery | |
JPH07299454A (ja) | 膜処理装置 | |
CA1272982A (en) | Method for the recovery of lithium from solutions by electrodialysis | |
US20130092530A1 (en) | Apparatus for producing electrolytic reduced water and control method thereof | |
CN111252968A (zh) | 一种应用膜技术浓缩硫酸铜的方法 | |
CN101033093A (zh) | 苦咸水淡化技术 | |
CN108002490A (zh) | 一种从浓海水中提取粗盐的方法 | |
CN113233662A (zh) | 一种海水淡化浓海水的集成膜过程处理系统及其方法 | |
CN106277521A (zh) | 一种基于膜处理技术的杀虫双母液资源化回用系统及工艺 | |
CN1273210C (zh) | 节省酸用量的电透析装置及方法 | |
EP1558369A1 (en) | Method of separating multivalent ions and lactate ions from a fermentation broth | |
JPH01111894A (ja) | ジペプチドエステルの精製方法 | |
JP7100001B2 (ja) | 排水の処理方法及び排水の処理装置 | |
CN219079281U (zh) | 一种利用海水制备高纯盐的膜耦合系统 | |
JP2011224445A (ja) | アンモニウム塩含有排水の処理装置 |