TWI708740B - 雙極性電透析方法與系統 - Google Patents

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Abstract

描述一種用於自含有機酸之鹽的水溶液純化出該有機酸之雙極性膜電透析方法與系統。此系統包括雙極性膜電透析堆疊體，此堆疊體包括至少一個三隔室雙極性膜電透析槽和至少一個二隔室雙極性膜電透析槽。該方法包括使自該三隔室雙極性膜電透析槽和二隔室雙極性膜電透析槽製造的有機酸溶液再循環。陽離子或陰離子交換樹脂可含括於酸隔室的間隔物中以提高酸隔室的導電性，藉此提高該雙極性電透析堆疊體的電流密度並降低功率消耗。

Description

雙極性電透析方法與系統
本揭示一般係關於用於純化有機酸之雙極性電透析方法與系統。
以下段落並非表示承認其中所討論的任何事項係先前技術或嫻於此技術之人士之知識的一部分。
雙極性電透析槽是指包括雙極性膜的電透析槽。施用電場時，該雙極性膜將水解離成鋞離子和羥離子。這些生成的離子與來自包括鹽的程序物流的陽離子和陰離子合併，此處，陽離子和陰離子藉電透析槽中的一或多個離子交換膜分離。鋞離子與陰離子之合併，及羥離子與陽離子之合併，製得具有酸和鹼的物流。
雙極性電透析槽可為二隔室槽或三隔室槽。二隔室槽包括介於兩個雙極性膜之間的陽離子交換膜或陰離子交換膜。使用陽離子交換膜或陰離子交換膜之選擇取決於待處理的鹽。陽離子交換膜用於處理具有弱酸和強鹼的鹽(如有機酸和胺基酸的鈉鹽)之溶液。此有機酸和胺 基酸的例子包括：抗壞血酸、乙酸、乳酸、甲酸、葡萄糖酸、和麩胺酸。陰離子交換膜用於處理具有弱鹼和強或弱酸的鹽(如氯化物、硫酸或乳酸的銨鹽)之溶液。
三隔室槽包括介於兩個雙極性膜之間的陰離子交換膜和陽離子交換膜，藉此形成三隔室。此三隔室為：介於第一雙極性膜和陰離子交換膜之間之製造酸性溶液的隔室；介於第二雙極性膜和陽離子交換膜之間之製造鹼性溶液的隔室；及介於陽離子交換膜和陰離子交換膜之間之製造鹽減少的溶液之隔室。三隔室BPED槽用於自其對應的鹽回收無機酸和鹼。
以下簡介試圖介紹此說明書的讀者，但非用於界定任何發明。一或多個發明可為此文件以下或其他部分描述的設備元件或方法步驟之組合或次組合。不會只因為未描述申請專利範圍中的此其他一或多個發明就造成發明者免除或放棄此說明書中所揭示之任何一或多個發明的權利。
二隔室雙極性電透析(BPED)可用以自有機酸鹽(如抗壞血酸(維生素C)、乙酸、甲酸、乳酸、葡萄糖酸、麩胺酸、檸檬酸、丙酸、水楊酸、或胺基酸的鈉、鉀或銨鹽)的溶液回收有機酸。此有機酸鹽經具有陽離子交換膜介於兩個雙極性膜之間的二隔室BPED處理。此系統中，有機酸陰離子與藉雙極性膜之一製造的氫離子 合併並生成有機酸。此有機酸陽離子經由陽離子交換膜運送至相鄰的隔室，於此處與藉其他雙極性膜製得的氫氧化物生成陽離子氫氧化物。隨著更多的有機酸鹽被加工成有機酸和陽離子氫氧化物，電流密度降低且效能降低。當有機酸鹽的濃度降至電流密度對於進一步純化有機酸並不實際的點時，純化程序被中止。經純化的有機酸會仍含有一部分的有機酸鹽。須使用離子交換塔進一步處理以將至少一些剩餘的有機酸鹽轉變成有機酸以生成具有所欲有機酸純度的溶液。
此外，有機酸鹽之溶液不一定要是在使用二隔室雙極性電透析之前，第一次藉電透析或結晶而純化或濃縮者。當有機酸鹽溶液夠稀，使得電流密度不切實際得低時，須要此額外純化和濃縮步驟。當須要額外的時間或能量時，此第一純化步驟非所欲者。
三隔室BPED可用於純化有機酸鹽溶液(如前述者)。但是，有機酸的低解離性和導電性通常造成不切實際的低電流密度。此外，三隔室BPED通常有陽離子橫越雙極性膜從製造鹼的隔室共離子滲透至製造酸的隔室之虞。在處理有機酸的鈉鹽的方法中，鈉離子橫越雙極性膜而滲漏導致有機酸溶液被有機酸的鈉鹽所污染。被污染的有機酸溶液可使用離子交換塔處理以將殘留有機酸鹽的至少一部分轉變成有機酸。
希望開發出純化有機酸鹽的溶液之替代方法與系統。一或多個所述例子針對或改善僅由二隔室雙極性 電透析槽或僅由三隔室雙極性電透析槽形成的雙極性電透析系統所含括的一或多個缺點。一些替代方法與系統減少或避免對於額外的有機酸純化步驟，以離子交換樹脂處理的須求。相較於已知方法與系統，這些替代方法與系統中的一些可具有提高的效率，製造相同量的有機酸所須的時間較短，或二者。這些替代方法與系統中的一些可減少經純化的有機酸溶液被陽離子所污染。
在根據本揭示的一些例子中，提出雙極性電透析系統，其包括至少一個三隔室雙極性電透析槽、和至少一個二隔室雙極性電透析槽。該三隔室雙極性電透析槽接收有機酸鹽的溶液及製造鹼性溶液、有機酸溶液、和鹽耗盡的溶液。所製得的有機酸溶液包括至少一些有機酸鹽。該二隔室雙極性電透析槽接收製得的有機酸溶液，製造鹼性溶液和更經純化的有機酸溶液。
特定例子中，至少一個三隔室雙極性電透析槽和至少一個二隔室雙極性電透析槽在相同的電透析堆疊體中。相較於使用依序的三隔室雙極性電透析和二隔室雙極性電透析系統，使用包括在相同電透析堆疊體中之三隔室雙極性電透析槽和二隔室雙極性電透析槽二者的電透析系統可減少回收有機酸所須電能的量。
在包括複數個雙極性電透析槽的電透析堆疊體中，相鄰的槽共享雙極性膜。即，一個電透析槽的陽極側雙極性膜可作為直接相鄰的電透析槽的陰極側雙極性膜。
本揭示的內文中，“經純化”或“更經純化”是指一種溶液，其所具有的有機酸鹽的濃度低於進料溶液。例如，當相較於僅包括有機酸鹽的進料溶液，含有有機酸和有機酸鹽二者之溶液可被視為經純化。但是，相較於含有有機酸和有機酸鹽的溶液，僅含有有機酸(沒有有機酸鹽)的溶液可被視為經純化。
在根據本揭示的一些例示系統中，製造酸性溶液的隔室中的至少一些包括陽離子或陰離子交換樹脂。該陽離子或陰離子交換樹脂可改良液體在製造酸性溶液的隔室中之導電性。在特定的例示系統中，該樹脂是鈉形式或H+形式的陽離子交換樹脂。在其他例示系統中，該樹脂是OH-形式的陰離子交換樹脂。
根據本揭示的系統可包括數量比例為1：1至20：1的三隔室雙極性膜電透析槽和二隔室雙極性膜電透析槽。特別的例子中，該比例是5：1至15：1。特定的例示系統中，該比例是5：1至10：1。三隔室雙極性電透析槽和二隔室雙極性電透析槽的數量比例提高至高於20：1所製得的有機酸的純度較低。
10‧‧‧雙極性膜電透析堆疊體
12‧‧‧三隔室雙極性膜槽
14‧‧‧二隔室雙極性膜槽
16‧‧‧陰極
18‧‧‧陽極
20‧‧‧雙極性膜
20’‧‧‧雙極性膜
20”‧‧‧雙極性膜
22‧‧‧陽離子交換膜
22’‧‧‧陽離子交換膜
24‧‧‧陰離子交換膜
26‧‧‧含有機酸的鈉鹽之溶液
28‧‧‧經純化的溶液
30‧‧‧鹼性溶液
32‧‧‧有機酸溶液
34‧‧‧經純化的有機酸溶液
36‧‧‧鹼性溶液
現將參照附圖描述本揭示的例子。
圖1圖解說明根據本揭示之雙極性膜電透析堆疊體。
圖2是可用於雙極性電透析槽之例示間隔物 的照片。
圖3是可用於雙極性電透析槽之例示間隔物的照片。
圖4是可用於雙極性電透析槽之例示間隔物的照片。
一般而言，本揭示提出一種用於自含有機酸鹽的水溶液回收有機酸之雙極性膜電透析方法與系統。該雙極性膜電透析系統包括具有至少一個三隔室雙極性膜電透析槽的電透析堆疊體、和具有至少一個二隔室雙極性膜電透析槽的電透析堆疊體。該至少一個三隔室雙極性膜電透析槽和該至少一個二隔室雙極性膜電透析槽可在相同的電透析堆疊體中。
該三隔室雙極性電透析槽接收含有機酸鹽的水溶液，製造含有機酸的溶液和含鹼的溶液。該有機酸溶液亦通過該二隔室雙極性電透析槽以移除滲漏通過雙極性膜進入三隔室雙極性電透析槽之製造酸的隔室中之陽離子的至少一部分。
圖1圖解說明根據本揭示之雙極性膜電透析堆疊體(10)。該堆疊體包括三隔室雙極性膜槽(12)和二隔室雙極性膜槽(14)。在圖1的該電透析系統中，兩個槽(12和14)位於介於陰極(16)和陽極(18)之間的單一堆疊體中。該堆疊體(10)包括雙極性膜(20, 20’,20”)、陽離子交換膜(22,22’)、和陰離子交換膜(24)。
該三隔室雙極性槽(12)接收含有有機酸的鈉鹽之進料溶液(26)。在水溶液中，該有機酸的鈉鹽解離成鈉離子(Na+)和酸陰離子(A-)。進料溶液(26)中的鈉離子和酸陰離子在施用電流的情況下分離，鈉離子向陰極(16)移動並通過陽離子交換膜(22)；而酸陰離子向陽極(18)移動並通過陰離子交換膜(24)。製得有機酸鹽的濃度降低的溶液(28)。
雙極性膜(20,20’)將水分成鋞離子(H3O+，圖1中以H+表示)和羥離子(OH-)。此羥離子平衡鈉離子的電荷，結果製得鹼性氫氧化鈉溶液(30)。鋞離子平衡酸陰離子(A-)的電荷，結果製得有機酸溶液(32)。
該陽離子和陰離子交換膜(22,24)界定接收有機酸鹽溶液並製造有機酸鹽之濃度降低的溶液(28)之隔室。雙極性膜(20)和陽離子交換膜(22)界定製造鹼性溶液(30)的隔室。該陰離子交換膜(24)和該雙極性膜(20’)界定製造有機酸溶液(32)的隔室。
由於鈉離子會滲漏穿透雙極性膜(20’)，所以該有機酸溶液(32)亦包括有機酸的鈉鹽的一部分。這些滲漏的鈉離子在圖1中以Na+(34)標示。
藉由將有機酸溶液(32)送入藉陽離子交換膜(22’)和雙極性膜(20”)界定的隔室中，該有機酸溶 液(32)在二隔室雙極性膜槽(14)進一步純化。施以電流時，存在於有機酸溶液(32)中的鈉離子移動通過陽離子交換膜(22’)，該鈉離子藉雙極性膜(20”)處生成的鋞離子(H3O+)平衡。此製得經純化的有機酸溶液(34)。移動通過陽離子交換膜(22’)的鈉離子藉雙極性膜(20’)處製造的羥離子平衡，結果製得第二鹼性溶液(36)。
藉由路徑直接導至二隔室雙極性膜槽(14)，或者藉由留滯在留滯槽(未示)中及之後通過此或另一根據此揭示的雙極性膜電透析堆疊體的二隔室雙極性膜槽，該有機酸溶液(32)可被循環至雙極性膜電透析堆疊體。
圖1中所示的膜可藉間隔物(未示)分隔。間隔物分隔相鄰的膜，同時仍使得溶液流動於該系統。可以使用具曲折結構、網目結構的間隔物，或經離子交換樹脂填充的間隔物。曲折和網目間隔物可為約1/32”厚。經樹脂填充的間隔物可為約1/16”至約1/8”厚。該間隔物可具有4-入口和4-出口。間隔物可用於二隔室BPED槽、用於三隔室BPED槽、或用於二者。
例示間隔物示於圖2-4。圖2出示一種例示間隔物，於1980年代開始製造，具有曲折結構。圖3出示一種網目間隔物，於2000年代開始製造，具有S-型結構。圖4出示一種例示間隔物，其無網目，以離子交換樹脂填充。
雖然圖1中圖解說明的堆疊體僅有單一個三隔室雙極性膜槽和單一個二隔室雙極性膜槽，根據本揭示之堆疊體可包括複數個三隔室雙極性膜槽和複數個二隔室雙極性膜槽。例如，該堆疊體就每一個二隔室槽可包括1至20個三隔室槽。該三隔室雙極性膜槽和該二隔室雙極性膜槽之比例為5：1至15：1。特定的例示系統中，該比例為5：1至10：1。全尺寸堆疊體可包括多至150個槽對，或更多。
根據本揭示之電透析堆疊體中所用的該陽離子交換膜可為均相膜，其離子交換能力約2.2至約2.4meq/g，水含量約43至49%，厚度約0.55至約0.69mm，電阻率約10至約12ohm-cm2，Mullen爆裂強度約250至約350psi。有用的陽離子交換膜的代表性例子以商標CR61CMP銷售，可自GE Inc.取得。電透析堆疊體中使用的陽離子交換膜可以全數相同或不同。根據本揭示之電透析堆疊體中使用的陰離子交換膜可為均相膜，其離子交換能力約2.0至約2.2meq/g，水含量約33至約39%，厚度約0.55至約0.69mm，電阻率約11至約14ohm-cm2，Mullen爆裂強度約250至約350psi。有用的陰離子交換膜的代表性例子以商標AR103QDP銷售，可自GE Inc.取得。用於電透析堆疊體的該陰離子交換膜可以全數相同或不同。根據本揭示之電透析堆疊體中使用的雙極性電透析膜係由陰離子交換層和結合至陽離子交換層的觸媒所組成。有用的雙極性膜的代表例以商標BtB BP銷售，可自 GE取得。用於電透析堆疊體的該雙極性電透析膜可以全數相同或不同。
可使用以上所列者以外的其他膜。但是，較佳地，該膜對酸和鹼溶液的安定性高至約4N。由於均相膜所具有的電阻低於雜相膜，所以較佳地，該膜為均相膜。
槽的酸隔室中含括陽離子或陰離子交換樹脂可改良隔室中之液體的導電性。在純化pKa高於約1.5的酸時，由於此酸的水溶液解離生成的鋞離子和共軛鹼濃度造成電流密度對純化處理而言不實際，所以此特別有利。根據本揭示之系統在至少一些製造酸性溶液的隔室(例如，製造有機酸溶液(32)之隔室和製造經純化的有機酸溶液(34)之隔室)中可包括陽離子或陰離子交換樹脂。至少一些製造酸性溶液之隔室包括離子交換樹脂以提高堆疊體的電流密度。
該樹脂可為鈉形式或H+形式的陽離子交換樹脂，或可為OH-形式的陰離子交換樹脂。該離子交換樹脂較佳地為強酸性陽離子交換樹脂。可用於根據本揭示之電透析堆疊體之樹脂的特定例子包括：Dowex Monosphere 650C(H)(一種苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)陽離子交換凝膠，其具有H+形式的磺酸官能基，得自DOW company)、和Dowex Monosphere 550A(OH)(一種苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)陰離子交換凝膠，其具有OH-形式的四級胺官能基，得自DOW company)。Dowex Monosphere 650C(H)是球狀陽離子交換樹脂珠，其體積容量為2.0eq/L，調和平均直徑為650±50μm，離子性轉化率為99.7%。該樹脂可使用1-10% H2SO4或4-8% HCl再生。Dowex Monosphere 550A(OH)是球狀陰離子交換樹脂珠，其體積容量為1.1eq/L，調和平均直徑為590±50μm，對於OH-的離子性轉化率為94%。該樹脂可使用4-8% NaOH再生。
根據本揭示之電透析設備可包括任何已知之用於陽極和陰極的電極。該陽極可包括鈦/鉑、碳、鎳、釕/鈦、或銥/鈦。該陽極可為尺寸安定的陽極，如鈦板或經混合的金屬氧化物(MMO)(如RuO2、IrO2、TiO2和Ta2O5)塗覆的網。該陰極可包括鐵、鎳、鉑、鈦/鉑、碳、或不銹鋼。該電極的結構可為任何已知結構。一般結構的例子包括平板形結構、網目型結構、和格形結構。
根據本揭示之9”x10”雙極性電透析堆疊體，具有5個三隔室雙極性電透析槽和1個二隔室雙極性電透析槽，當純化來自乙酸鈉溶液的乙酸時，可於30至100mA/cm2的電流密度以約2至約4V/槽的槽電壓操作。根據本揭示之堆疊體較佳地於操作溫度低於50℃，線性流速約5至約20cm/sec，和流動壓力約3至約15psi的條件下操作。此例示堆疊體之製造酸性溶液的隔室中包括陽離子交換樹脂。該例示堆疊體中，樹脂使用由約1/16”或約1/8”厚的低密度聚乙烯(LPDE)製造的間隔物(其夾 在兩個膜之間)定位。
包括上述例示9”x10”堆疊體，但在製造酸性溶液的隔室沒有樹脂之電透析系統與僅包括6個三隔室雙極性電透析槽的電透析系統經測試。該等系統用於純化乙酸鈉溶液。運轉和經純化的溶液之組成之彙整如以下所示：
Figure 105117641-A0202-12-0012-2
可看出鈉離子自在運轉#2中的1090ppm降至運轉#3中的192ppm，對應於鈉減少的重量%為自1.37%至0.24%。
運轉#2對應於藉僅包括6個三隔室雙極性電透析槽的電透析系統製得之經純化的溶液。運轉#3對應 於藉包括5個三隔室雙極性電透析槽和1個二隔室雙極性電透析槽的電透析系統製得之經純化的溶液。
比較在製造酸性溶液的隔室中包括陽離子交換樹脂Dowex 650(H+)之電透析系統及未包括樹脂之電透析系統間之自乙酸鈉純化出乙酸的功率消耗。此二系統具有5個三隔室雙極性電透析槽和1個二隔室雙極性電透析槽。運轉#3，如前示者，對應於無樹脂的系統，而運轉#9對應於含有樹脂的系統。該等運轉和經純化的溶液之組成之彙整如下所示：
Figure 105117641-A0202-12-0013-4
可看出功率消耗自運轉#3中的3.155kwh/kg乙酸降至在製造酸性溶液的隔室中含括陽離子交換樹脂的運轉#9 的2.108kwh/kg。
先前的描述中，為用於解釋，提出許多細節以便徹底瞭解實例。但是，嫻於此技術之人士顯然不須要這些特定細節。據此，所描述者僅用於說明所述實例之施用且鑑於以上的教學能夠作出許多修飾和變化。
由於以上描述提出例示實例，將理解嫻於此技術之人士能夠將修飾和變化用於特別的實例。據此，申請專利範圍不應受限於文中提出之特別的實例，而是應以由與說明書整體一致者所構成。
10‧‧‧雙極性膜電透析堆疊體
12‧‧‧三隔室雙極性膜槽
14‧‧‧二隔室雙極性膜槽
16‧‧‧陰極
18‧‧‧陽極
20‧‧‧雙極性膜
20’‧‧‧雙極性膜
20”‧‧‧雙極性膜
22‧‧‧陽離子交換膜
22’‧‧‧陽離子交換膜
24‧‧‧陰離子交換膜
26‧‧‧含有機酸的鈉鹽之溶液
28‧‧‧經純化的溶液
30‧‧‧鹼性溶液
32‧‧‧有機酸溶液
34‧‧‧經純化的有機酸溶液
36‧‧‧鹼性溶液

Claims (16)

  1. 一種用於自包括有機酸的鹽之進料溶液製造包括該有機酸之經純化溶液之系統，該系統包含：陽極；陰極；和至少一個三隔室雙極性膜電透析槽，其用於接收該進料溶液及用於製造含有有機酸的溶液；和至少一個二隔室雙極性膜電透析槽，其用於接收該含有有機酸的溶液和用於製造該含有該有機酸之經純化溶液；其中該含有該有機酸之經純化溶液所具有該有機酸鹽的濃度低於該含有有機酸的溶液所具有的該有機酸鹽的濃度。
  2. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該至少一個三隔室雙極性膜電透析槽和該至少一個二隔室雙極性膜電透析槽是在單一雙極性膜電透析堆疊體中。
  3. 如申請專利範圍第2項之系統，其中該單一雙極性膜電透析堆疊體介於該陽極和該陰極之間。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之系統，其中該系統包括數量比例為1：1至20：1的三隔室雙極性膜電透析槽和二隔室雙極性膜電透析槽。
  5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該等電透析槽包含製造酸性溶液的隔室，該等隔室包括陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂。
  6. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該陽離子交換樹脂是H+形式，或是Na+形式。
  7. 如申請專利範圍第5項之系統，其中該陰離子交換樹脂是OH-形式。
  8. 如申請專利範圍第1項之系統，其另包含處理系統，用以將來自該至少一個三隔室雙極性膜電透析槽之該含有機酸的溶液運送至該至少一個二隔室雙極性膜電透析槽。
  9. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該陽極係經塗覆鉑的鈦。
  10. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該陰極係不銹鋼。
  11. 一種雙極性膜電透析堆疊體，包含：至少一個三隔室雙極性膜電透析槽；和至少一個二隔室雙極性膜電透析槽。
  12. 如申請專利範圍第11項之雙極性膜電透析堆疊體，其中該等電透析槽中有至少一些電透析槽包含製造酸性溶液之包括強酸性陽離子交換樹脂的隔室。
  13. 一種從包括有機酸的鹽之進料溶液純化出該有機酸之方法，該方法包含：將有機酸鹽溶液送至電透析堆疊體中的至少一個三隔室雙極性電透析槽以製造鹽減少的產物流、含鹼流、和含有機酸流；和將該含有機酸流送至電透析堆疊體中的至少一個二隔 室雙極性電透析槽以製造含鹼流和經純化的含有機酸流。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該至少一個二隔室雙極性電透析槽是在亦包括三隔室雙極性電透析槽的電透析堆疊體中。
  15. 如申請專利範圍第13或14項之方法，其中該有機酸鹽溶液是從至少5個並接的三隔室雙極性電透析槽送入。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該三隔室雙極性電透析槽之該含有機酸流的至少一部分被送到足夠數量的二隔室雙極性電透析槽，其中三隔室雙極性電透析槽對二隔室雙極性電透析槽的數量比例是1：1至20：1。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12030016B2 (en) 2021-12-16 2024-07-09 Capture6 Corp Systems and methods for direct air carbon dioxide capture

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2020013207A (es) * 2018-06-06 2021-02-26 Monsanto Technology Llc Electrodialisis de sales de aminoacidos en membrana bipolar de tres compartimientos.
CN111902371B (zh) * 2018-10-17 2022-04-15 倍杰特集团股份有限公司 一种高含盐废水的多级零排放处理设备
CN109758918A (zh) * 2019-02-26 2019-05-17 清华大学 一种脱除有机胺溶液中热稳定性盐的方法
CN110508140B (zh) * 2019-08-29 2022-01-28 自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所 一种己内酰胺水解液的纯化方法
CN110550707A (zh) * 2019-09-06 2019-12-10 温州捷朴环保科技有限公司 一种带有中间电极的电渗析水处理装置
CN112807949A (zh) * 2020-08-13 2021-05-18 佰仕邦水处理环保科技(大连)有限公司 一种处理溶液中的低浓度酸和/或酸根的工艺
US11673818B2 (en) 2020-12-30 2023-06-13 Industrial Technology Research Institute System and method of treating waste water
JPWO2022211128A1 (zh) * 2021-04-01 2022-10-06
CN115246779B (zh) * 2021-09-13 2024-06-28 上海三及新材料科技有限公司 一种左旋肉碱的提取纯化工艺及其装置
TWI779847B (zh) * 2021-09-27 2022-10-01 國立臺灣大學 含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法
WO2023099353A1 (en) 2021-12-02 2023-06-08 Nobian Chemicals Bv Process for conversion of organic acid salts to organic acids by electrodialysis and electrodialysis with bipolar membranes
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
CN114890511A (zh) * 2022-03-03 2022-08-12 佰仕邦水处理环保科技(大连)有限公司 一种渗析膜堆
CN114873804A (zh) * 2022-05-12 2022-08-09 东南大学 一种水杨酸生产废水资源回收系统及方法
CN116675301A (zh) * 2023-03-15 2023-09-01 西北大学 一种用于盐水制酸碱的新结构双极膜电渗析装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1155544A (zh) * 1995-12-14 1997-07-30 弗·哈夫曼-拉罗切有限公司 抗坏血酸的制造方法
CN1261817A (zh) * 1997-06-30 2000-08-02 电合成公司 回收抗坏血酸的电化学方法
TW201335077A (zh) * 2011-11-17 2013-09-01 Gen Electric 具有離子交換及雙極性電透析之電透析

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5162076A (en) 1988-11-30 1992-11-10 Allied-Signal Inc. Method for purification of acids from materials comprising acid and salt
US5294316A (en) 1989-10-31 1994-03-15 Lenzing Aktiengesellschaft Process and apparatus for electrodialysis of an alkali sulfate containing aqueous solution
US5198086A (en) * 1990-12-21 1993-03-30 Allied-Signal Electrodialysis of salts of weak acids and/or weak bases
JPH0533169A (ja) 1991-07-26 1993-02-09 Toomen Constr Kk フツ素及びアンモニア化合物を含むエツチング廃液の処理・回収方法
DE4219758A1 (de) 1992-06-17 1993-12-23 Basf Ag Verfahren zur elektrochemischen Herstellung von Dicarbonsäuren
US5480516A (en) * 1993-05-12 1996-01-02 Sterling Pulp Chemicals, Ltd. Electrolytic production of acid
CN1045797C (zh) 1993-12-16 1999-10-20 中国科学院大连化学物理研究所 电极水平放置式氯酸盐电解槽
JPH07171353A (ja) 1993-12-17 1995-07-11 Tokuyama Corp 電気透析方法
US6331236B1 (en) * 1998-07-21 2001-12-18 Archer Daniels Midland Company Electrodialysis of salts for producing acids and bases
JP2003285070A (ja) 2002-03-28 2003-10-07 Norihisa Miyamatsu 電気再生式純水製造装置およびその製法
JP2007007655A (ja) 2006-10-03 2007-01-18 Ebara Corp 電気透析装置
JP5120533B2 (ja) 2007-02-28 2013-01-16 栗田工業株式会社 めっき液添加剤のカチオン除去装置、及びめっき液添加剤の処理方法
CN105849317B (zh) * 2013-10-23 2018-11-27 内玛斯卡锂公司 制备氢氧化锂的方法和系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1155544A (zh) * 1995-12-14 1997-07-30 弗·哈夫曼-拉罗切有限公司 抗坏血酸的制造方法
CN1261817A (zh) * 1997-06-30 2000-08-02 电合成公司 回收抗坏血酸的电化学方法
TW201335077A (zh) * 2011-11-17 2013-09-01 Gen Electric 具有離子交換及雙極性電透析之電透析

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12030016B2 (en) 2021-12-16 2024-07-09 Capture6 Corp Systems and methods for direct air carbon dioxide capture

Also Published As

Publication number Publication date
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