本發(fā)明涉及一種溶液中離子的交換和濃縮方法，尤其是涉及一種利用陰離子膜和陽(yáng)離子膜、陰離子樹脂、陽(yáng)離子樹脂的組合應(yīng)用方法，屬于離子分離技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在水處理、包括海水淡化、化工生產(chǎn)、化工分離與化學(xué)反應(yīng)、輕工與食品、原子能等工業(yè)領(lǐng)域，常涉及水中各種陰陽(yáng)離子的交換或轉(zhuǎn)換，或分離脫除或濃縮回收，以及有機(jī)物與水、酸、堿、鹽等不同種類物質(zhì)的分離、脫水、提純和濃縮以及復(fù)分解反應(yīng)問題。因?yàn)榛瘜W(xué)工業(yè)的發(fā)展，水污染以及淡水的匱乏已經(jīng)影響到經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，水處理和凈化是一個(gè)必須從技術(shù)上有新的突破的領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的溶液中離子的交換和濃縮方法要解決的問題是：現(xiàn)有的擴(kuò)散滲析及Donnan擴(kuò)散滲析中沒有額外驅(qū)動(dòng)力的問題，以及隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，驅(qū)動(dòng)力不斷減小，阻力不斷增加，有驅(qū)動(dòng)力不足的問題。本發(fā)明的方法，用于從溶液中，尤其是從廢水中提煉有價(jià)值的資源，或用無害離子替換有害離子使之無害化，或完全脫除水中陰陽(yáng)離子實(shí)現(xiàn)水的凈化處理，或?qū)崿F(xiàn)不同物質(zhì)間離子的互換，產(chǎn)出所需要的物質(zhì)。

本發(fā)明特別地還提供了利用陰、陽(yáng)離子交換膜的選擇透過性，以及離子的濃差擴(kuò)散效應(yīng)，通過將溶液中的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)換為銨根離子，將溶液中的陰離子轉(zhuǎn)換為碳酸根或碳酸氫根離子，使溶液中原來陰陽(yáng)離子所對(duì)應(yīng)的化合物轉(zhuǎn)化為容易揮發(fā)析出的碳酸銨、碳酸氫銨。下述的溶液和置換溶液是為了描述的方便而建立的一種相對(duì)的概念，實(shí)際使用時(shí)，并沒有實(shí)質(zhì)的區(qū)別。

本發(fā)明的一種溶液中離子的交換和濃縮方法，其包括：

步驟1、以銨根離子置換溶液中的陽(yáng)離子；

步驟2、以碳酸氫根離子或碳酸根離子置換溶液中的陰離子；

上述步驟1和步驟2的順序可以互換；所述的銨根離子、碳酸氫根離子、或碳酸根離子來自于置換溶液中；且置換溶液中的離子濃度最好較高，或者是飽和溶液，以增加離子擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力。

溶液中的陽(yáng)離子及陰離子的交換分別通過陽(yáng)離子膜及陰離子膜；或分別通過陽(yáng)離子樹脂及陰離子樹脂；較優(yōu)地，陽(yáng)離子膜為弱酸性陽(yáng)離子膜，陰離子膜為弱堿性陰離子膜；或較優(yōu)地，陽(yáng)離子膜為中性陽(yáng)離子膜，陰離子膜為中性陰離子膜。

因?yàn)?，在置換溶液中銨離子濃度高于海水或廢水中陽(yáng)離子濃度的情況下，可以推測(cè)，在銨離子通過陽(yáng)離子膜擴(kuò)散的路徑上，若膜為強(qiáng)酸性膜，則與膜上帶負(fù)電荷的基團(tuán)形成偏酸性的銨鹽，即在膜中遷移的銨離子附近質(zhì)子濃度較高，發(fā)生淌度高的質(zhì)子反向遷移，不能達(dá)到使海水或污水中陽(yáng)離子被銨離子交換的效果，實(shí)驗(yàn)中則發(fā)現(xiàn)海水或污水中的鹽分只有少量降低，卻產(chǎn)生大量的氨氣析出。因此，強(qiáng)酸性膜的實(shí)際效果是促進(jìn)了水解，在進(jìn)入海水或廢水溶液時(shí)，銨離子與氫氧根離子結(jié)合維 持電中性，而氫離子反向遷移進(jìn)入置換溶液中也維持了溶液的電中性。而在置換溶液中銨離子濃度低于膜另一側(cè)溶液中陽(yáng)離子濃度的情況下，則所述的陽(yáng)離子可以擴(kuò)散進(jìn)入置換溶液中，但銨離子應(yīng)該是被去質(zhì)子化后轉(zhuǎn)化為氨而析出，生成的質(zhì)子交換進(jìn)入被置換的溶液中。此一現(xiàn)象，可以應(yīng)用于包括含氨氣即含氫氧化銨水中銨離子或銨鹽的部分分解反應(yīng)，以便脫除溶液中的銨離子，比如，本發(fā)明中淡化后的海水中的氨，尤其是利用各種酸中的氫離子通過強(qiáng)酸性陽(yáng)離子膜作為陽(yáng)離子催化促使水中銨離子去質(zhì)子化的應(yīng)用。

因此，為了充分利用置換溶液中的銨離子交換溶液中的陽(yáng)離子，較優(yōu)地，陽(yáng)離子膜選用弱酸性陽(yáng)離子膜，以避免高淌度的質(zhì)子的影響，或者，陽(yáng)離子膜選用中性陽(yáng)離子膜，避免水解離的發(fā)生及對(duì)膜兩側(cè)離子互相交換的影響。另外，通過在置換溶液中的銨鹽溶液中加入氨水的方法，調(diào)節(jié)pH值大于7，則起到抑制強(qiáng)酸性陽(yáng)離子膜上基團(tuán)的水解提供質(zhì)子的作用，因此置換溶液中的銨鹽溶液最好加入氨水。

同理，強(qiáng)堿性陰離子膜提供了氫氧根與碳酸氫根離子的無效交換，或與碳酸根離子的部分無效交換，但類似地，可以利用此現(xiàn)象用于廢水中碳酸氫根或碳酸根離子的脫除；也因此，較優(yōu)地，陰離子膜選用弱堿性或中性陰離子膜，以避免離子膜兩側(cè)陰離子的無效交換。

所述溶液經(jīng)步驟1處理后，再經(jīng)步驟2進(jìn)行處理；最優(yōu)地，溶液分為兩部分，各自同時(shí)地分別經(jīng)步驟1和步驟2進(jìn)行處理，處理后的兩部分進(jìn)入混合容器中，混合后的溶液再循環(huán)進(jìn)行步驟1和步驟2的處理。

為了降低溶液中的離子濃度，增加有效擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力，增加

步驟3、析出步驟1及/或步驟2中或在混合容器中生成的碳酸銨、碳酸氫銨、二氧化碳、或氨；

步驟4、循環(huán)步驟1、2、3中所述的溶液，直至所述溶液中離子的含量降低至設(shè)計(jì)要求。

為了獲得從溶液中濃縮的提取物，增加

步驟5、析出所述置換溶液中來自所述溶液中的陽(yáng)離子和陰離子分別與置換溶液中的陰離子和陽(yáng)離子生成的鹽；

可選的但不限于所述的析出方法有冷卻結(jié)晶、濃縮結(jié)晶；及

步驟6、循環(huán)經(jīng)步驟5處理后的溶液，分別作為步驟1、步驟2中的置換溶液；

隨著擴(kuò)散滲析的進(jìn)行，置換溶液中用于置換溶液中離子的銨根離子、碳酸根離子或碳酸氫根離子濃度不斷降低，為了保持適當(dāng)?shù)母邼舛?，增?/p>

步驟7、補(bǔ)充置換用的銨鹽、和碳酸鹽、碳酸根鹽，保持置換溶液中相應(yīng)離子的濃度；其中，步驟6、7是可選的步驟。

上述的銨根離子來源于氨水、銨鹽或氨水與銨鹽的混合物；所述的銨鹽為氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、硫酸銨、磷酸銨、亞硝酸胺、亞硫酸銨、硫氰酸銨；碳酸根或碳酸氫根離子來源于碳酸鹽或碳酸氫鹽；所述的碳酸鹽為碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉。

上述具體化合物的選擇應(yīng)該以經(jīng)濟(jì)成本為主要考量，以及目標(biāo)產(chǎn)物的設(shè)定，兼顧工業(yè)化操作的方便性。

當(dāng)陽(yáng)離子及陰離子的交換分別通過陽(yáng)離子膜及陰離子膜時(shí)，特別地，所述的步驟2中置換溶液中的陰離子還可以是氫氧根離子；所述氫氧根離子來源于氨水或堿。

上述的溶液中離子的交換和濃縮方法可用于海水、制漿污水、電鍍污水、紡織皮革污水、濕法冶金污水、生物質(zhì)酸水解溶液、含電解質(zhì)離子的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種含酸、堿、鹽的污水。

在應(yīng)用于海水淡化時(shí)，優(yōu)選的步驟1的置換溶液為飽和的或高濃度的氯化銨，最優(yōu)地，在氯化銨溶液中加入氨水，使置換溶液偏堿性，步驟2的置換溶液碳酸氫銨、碳酸銨或碳酸銨與氨水的混合溶液。使海水中的陽(yáng)離子如鈉、鉀、鈣、鎂、鍶等轉(zhuǎn)化為氯化物，濃縮提取后作為產(chǎn)品；使海水中的陰離子如氯離子、硫酸根離子、碳酸根離子、硝酸根離子、溴離子、氟離子等轉(zhuǎn)化為銨鹽并濃縮；該銨鹽可以循環(huán)回用作為置換溶液中銨根離子的供體物質(zhì)。

在應(yīng)用于含堿性污水處理時(shí)，利用所生成的氫氧化銨分解析出氨氣的特點(diǎn)，通過鼓氣泡揮發(fā)析出，或減壓揮發(fā)析出氨氣，直接利用前述的步驟1而無須利用步驟2即可達(dá)到脫除堿性的目的，優(yōu)選的步驟1的置換溶液為飽和的或高濃度的氯化銨，以便利用大多數(shù)氯離子的鹽溶于水的特點(diǎn)，避免在膜中或膜表面形成沉淀；或者根據(jù)產(chǎn)品需要選用硫酸銨、硝酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨或碳酸銨與氨水的混合溶液。若脫除堿性后的溶液中還含有其它鹽離子，則再采用前述的步驟1和步驟2聯(lián)合進(jìn)行處理，達(dá)到徹底處理污水的目的。典型的含堿性污水有制漿造紙黑液、紡織皮革污水、氰化物提取貴重金屬后的廢水。在堿性制漿污水處理時(shí)，最優(yōu)地，利用碳酸氫銨作為置換溶液，獲得碳酸氫鈉溶液，再將碳酸氫鈉碳化轉(zhuǎn)化為燒堿，回用于制漿工段。制漿造紙黑液脫除堿性后，黑液含有大量的有機(jī)質(zhì)，可以直接作為灌溉施肥用水。紡織皮革污水、氰化物提取貴重金屬后的廢水則在脫除堿性后，廢水中仍然含有有害的離子，如鉻酸根離子、含砷酸根離子、其它重金屬離子等，因此，需要進(jìn)一步采用前述的步驟1和步驟2聯(lián)合進(jìn)行處理，達(dá)到徹底處理污水的目的。尤其是氰化物提取貴重金屬后的污水，當(dāng)堿性脫除后或在脫除的過程中，絡(luò)合物發(fā)生分解，可沉淀的金屬氰化物發(fā)生沉淀，或發(fā)生氰化氫、氰化銨的揮發(fā)析出。

在應(yīng)用于含酸污水處理時(shí)，濃酸可以先經(jīng)擴(kuò)散滲析進(jìn)行回收，殘余的稀酸廢水利用前述的步驟2可單獨(dú)進(jìn)行中和處理，或利用前述的步驟1和步驟2聯(lián)合進(jìn)行處理，達(dá)到徹底處理污水的目的。典型的含酸污水有電鍍廢水、酸洗污水、生物質(zhì)酸水解含糖溶液。步驟1的置換溶液中的銨根離子置換濃縮出廢水中的各種金屬離子，步驟2的置換溶液的陰離子置換濃縮出廢水中的有害離子如含鉻酸根離子、含砷酸根離子等。

總之，若所述的待處理溶液中含有銨根離子或氫離子，則所述的步驟1可以省略不用；若所述的待處理溶液中含有碳酸根離子或碳酸氫根離子或氫氧根離子，則所述的步驟2可以省略不用。

本發(fā)明的一種鹽的生產(chǎn)方法，利用權(quán)利要求1-5中的離子的交換和濃縮方法，其包括：以氯化鉀、氯化鈉溶液分別作為權(quán)利要求1中所述的溶液，以碳酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、亞硫酸銨、硝酸銨、或亞硝酸銨溶液、或前述銨鹽與氨水的混合溶液作為權(quán)利要求1中步驟1中的置換溶液；以碳酸銨、或碳酸氫銨、或碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、或氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰作為權(quán)利要求1中步驟2中的置換溶液；為了加快反應(yīng)速度，反應(yīng)物的濃度最好都較高或者飽和。在步驟1中的置換溶液中分別生成對(duì)應(yīng)的碳酸鉀、碳酸氫鉀、硫酸鉀、亞硫酸鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀，碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉、 亞硫酸鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉。

本發(fā)明的一種堿的生產(chǎn)方法，利用權(quán)利要求1-5中的離子的交換和濃縮方法，其包括：以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰溶液分別作為權(quán)利要求1中所述的溶液，以氨水溶液作為權(quán)利要求1中步驟1中的置換溶液；以碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、或氫氧化鋰作為權(quán)利要求1中步驟2中的置換溶液；

在步驟1中的置換溶液中分別生成對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰；為了減少所生成的堿對(duì)氨的電解離的影響，應(yīng)及時(shí)將產(chǎn)物堿移除出置換溶液或進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用于堿參與的化學(xué)反應(yīng)。所得堿可作為上述海水淡化中步驟2的置換溶液，海水淡化過程中析出的氨作為生產(chǎn)堿的原料，形成可循環(huán)過程。

或者，以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰濃溶液或飽和溶液分別作為權(quán)利要求1中所述步驟2中的溶液，以氨水溶液作為步驟2中的置換溶液，在該步驟2中的溶液中分別生成對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰以及對(duì)應(yīng)殘余的鹽；

進(jìn)一步地，將所得含堿及殘余鹽分的溶液作為權(quán)利要求7中所需要的氫氧根離子的來源；

進(jìn)一步地，以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰濃溶液或飽和溶液同時(shí)通過2個(gè)獨(dú)立的陰離子膜【即相當(dāng)于容器的兩側(cè)是由陰離子膜所組成】分別同時(shí)與氨水及海水或廢水進(jìn)行交換，間接地提高與海水或廢水進(jìn)行交換的氫氧根離子濃度，解決弱電介質(zhì)氨水中銨離子濃度低的問題。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種新的海水淡化、含酸堿鹽的污水處理的方法，作為示范例示范任何溶液中離子的交換和濃縮方法，是采用簡(jiǎn)單的擴(kuò)散滲析或Donnan滲析法。該新方法集中了Donnan擴(kuò)散滲析和離子交換法兩者的優(yōu)點(diǎn)，也克服了Donnan滲析驅(qū)動(dòng)力低的問題，即可以開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，也可以部分應(yīng)用于當(dāng)前離子交換樹脂業(yè)已在用的領(lǐng)域。其包括：

步驟1、實(shí)驗(yàn)中，最好是弱酸性或中性陽(yáng)離子膜為Donnan滲析裝置中的擴(kuò)散滲析膜，該膜被夾緊在兩個(gè)開孔直徑為3厘米并對(duì)接的尼龍件之間，膜的有效面積為3厘米直徑圓，每個(gè)尼龍件開孔深度為1.5厘米，減少深度有利于溶液的均勻流動(dòng)性。膜兩側(cè)形成第一和第二2個(gè)膜室，膜室邊側(cè)各有2個(gè)連接口連接進(jìn)出水流的導(dǎo)管。以食用氯化鈉溶液模擬海水，最優(yōu)地，以氯化銨溶液為本步驟的置換溶液，若所用陽(yáng)離子膜為強(qiáng)酸性膜，則在氯化銨溶液中加入氨水，使pH值大于7，并經(jīng)隔膜泵泵送至第一膜室，并循環(huán)回流，流速25ml/min；模擬的海水經(jīng)微型泵泵送至第二膜室，并循環(huán)回流，流速1000ml/min。在本循環(huán)中，海水經(jīng)接觸所述的陽(yáng)離子滲析膜滲析后，部分鈉離子被銨離子所置換。

步驟2、利用與步驟1同樣結(jié)構(gòu)的另一尼龍件，以碳酸氫銨或碳酸銨溶液或碳酸銨與氨水的混合溶液或氨水溶液為本步驟的置換溶液，最好是弱堿性或中性的陰離子膜為Donnan滲析裝置中的擴(kuò)散滲析膜。碳酸鹽置換溶液經(jīng)隔膜泵泵送至第一膜室，并循環(huán)回流，流速25ml/min；海水經(jīng)微型泵泵送至第二膜室，并循環(huán)回流， 流速1000ml/min。在本步驟中，海水經(jīng)接觸所述的陰離子滲析膜滲析后，部分海水中的陰離子，主要為氯離子被碳酸根離子所置換。在利用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子膜和強(qiáng)堿性陰離子膜作為交換膜時(shí)，最優(yōu)地，首先使海水中的陰離子置換率達(dá)到10％以上后，再進(jìn)行從步驟1到步驟2再到步驟1的循環(huán)；或者首先在步驟1使海水中的陽(yáng)離子被銨離子置換率達(dá)到10％以上后，再進(jìn)入步驟2中進(jìn)行循環(huán)處理。

步驟3、每隔1小時(shí)或3小時(shí)，將經(jīng)步驟2處理后的海水輔以曝氣，攪拌減壓揮發(fā)，促進(jìn)溶液中的氯化銨和碳酸氫鈉、碳酸鈉或氫氧化鈉之間的反應(yīng)，也促進(jìn)溶液中的碳酸銨分解析出產(chǎn)物氨氣和二氧化碳；實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，氨氣及二氧化碳回收后循環(huán)利用；或者使步驟2中的第二膜室始終處于曝氣或攪拌減壓揮發(fā)狀態(tài)，連續(xù)地移除碳酸銨產(chǎn)物，并回收和回用于碳酸銨置換溶液中。

步驟4、將步驟3中的溶液在充分脫除碳酸銨或氨產(chǎn)物后，返回至步驟1中，或部分返回步驟1，部分返回步驟2中進(jìn)行同步循環(huán)處理，或進(jìn)行從步驟1至步驟3的循環(huán)處理，直至待處理的溶液中的溶質(zhì)含量降低到設(shè)定的要求。

上述過程中的氯化銨或氯化銨氨水溶液或碳酸銨溶液最好是飽和溶液，至少比海水中的待交換的離子濃度為高。海水中的陰離子經(jīng)置換濃縮進(jìn)入碳酸銨置換溶液中形成的氯化銨、硫酸銨等可經(jīng)結(jié)晶分離提取，或直接作為步驟2中的氯化銨置換溶液循環(huán)使用，其中剩余的碳酸銨可先經(jīng)加熱揮發(fā)析出。海水中的陽(yáng)離子經(jīng)置換濃縮進(jìn)入氯化銨置換溶液中形成的氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂等鹽分以濃縮、冷卻結(jié)晶方式析出。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在室溫25℃條件下，以強(qiáng)酸性陽(yáng)離子膜作為滲透膜，鹽度值61.9ppt的氯化銨濃溶液為200ml置換溶液，鹽度值0.1ppt的自來水150ml為待處理溶液，3小時(shí)候。氯化銨的鹽度值降低為60.9，自來水的鹽度值升為0.2ppt，且在氯化銨溶液中伴有少量堿性的氨氣揮發(fā)析出，應(yīng)該是強(qiáng)酸性離子膜催化促進(jìn)了氯化銨中銨離子的去質(zhì)子化反應(yīng)。將鹽度值33.7ppt的氯化鈉溶液替代自來水進(jìn)行置換1小時(shí)候后，氯化銨溶液的鹽度值降為60.5ppt，且仍有少量的氨氣析出，氯化鈉溶液的鹽度值升為34.5ppt，因?yàn)橥枬舛鹊穆然@測(cè)得的鹽度值要高于氯化鈉的鹽度值，說明了部分氯化鈉轉(zhuǎn)化為氯化銨。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氯化鈉的鹽度值降低時(shí)，如到約15ppt后，銨離子對(duì)鈉離子的置換效應(yīng)很弱，主要的是銨離子的去質(zhì)子化反應(yīng)，并發(fā)出氨氣，使鹽水的pH值增加，但氯化鈉的鹽度值變化緩慢，只有氯化銨的鹽度值繼續(xù)明顯下降，應(yīng)該是氯化銨轉(zhuǎn)化為氯化氫的緣故。為解決此一問題，需要采用非強(qiáng)酸性陽(yáng)離子膜或者在氯化銨溶液中加入氨水，調(diào)節(jié)置換溶液的pH值大于7，實(shí)測(cè)氯化鈉溶液的鹽度增加明顯，達(dá)到鹽度高時(shí)的鹽度增加速度。同樣的現(xiàn)象也發(fā)生在強(qiáng)堿性陰離子膜的情況，因此，在低鹽度情況下脫鹽，最好是非強(qiáng)堿性陰離子膜，或者優(yōu)先將海水中的陽(yáng)離子轉(zhuǎn)化為銨離子后再進(jìn)行陰離子膜的處理。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，總量為250ml的模擬海水溶液，在～20℃的常溫常壓下，經(jīng)90小時(shí)累積滲析，通過以下步驟，尤其在使用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子膜的情況下，在步驟2中優(yōu)先將海水中的氯化鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈉，使氯化鈉和碳酸鈉的重量比達(dá)到～70∶30，再進(jìn)行步驟2的滲析，在步驟1中不斷攪拌析出碳酸銨氣。當(dāng)步驟1中的碳酸鈉基本被置換后，即當(dāng)鹽度計(jì)顯示的鹽度不再降低時(shí)，再返回到步驟2中循環(huán)處理，鹽度從36‰降至2.5‰【鹽度計(jì)為市售鹽度計(jì)SA287，并經(jīng)飽和鹽水濃度進(jìn)行校正】。在不影響整體滲析速度的前提下，最優(yōu)的過程是能夠使海水中的氯化鈉盡可能多地先轉(zhuǎn)化為碳酸鈉，再經(jīng)步驟1轉(zhuǎn)化為碳酸銨。由于膜的離子選擇性的限制，繼續(xù)降低鹽的濃度需要改善膜的離子選擇性。實(shí)驗(yàn)過程中也發(fā)現(xiàn)，在膜的表面有白色的碳 酸鹽的沉積物，需要定時(shí)用酸溶液進(jìn)行清洗清除。因?yàn)椴襟E2需利用碳酸鹽作為置換溶液，而碳酸鹽沉淀有損離子膜的性能，因此，最優(yōu)地，加入碳酸鹽或氨水預(yù)先將待處理溶液中可形成碳酸鹽或堿沉淀的物質(zhì)進(jìn)行沉淀析出，且最優(yōu)的碳酸鹽沉淀劑為碳酸銨，以方便后續(xù)的析出處理。或者，利用氯化物易溶于水的特點(diǎn)，在利用弱酸性陽(yáng)離子膜作為滲析膜的條件下，或在氯化銨鹽溶液中加入氨水調(diào)節(jié)pH值大于7的條件下，優(yōu)先進(jìn)行步驟1，再進(jìn)行步驟2，并循環(huán)處理。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若陽(yáng)離子膜為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子膜，在步驟1中以銨鹽作為置換溶液時(shí)，若海水中的陰離子在步驟2中沒有被碳酸根離子充分置換時(shí)，經(jīng)初步檢測(cè)，碳酸鈉和氯化鈉的重量比未達(dá)到～20∶80以上時(shí)，合碳酸根與氯離子的離子個(gè)數(shù)比～1∶7.3，被置換的氯離子比例～12％，銨鹽主要發(fā)生自分解和自凈化的滲析效果【作為一種應(yīng)用，可以用作為含銨離子廢水處理的方法，且置換溶液可以使用任何電解質(zhì)溶液】，而不能發(fā)生與海水中陽(yáng)離子進(jìn)行的置換過程，即銨離子透過陽(yáng)離子膜，與海水中電離出的氫離子【可能由于強(qiáng)酸性陽(yáng)離子膜離解性強(qiáng)促進(jìn)了水解】發(fā)生無效交換或發(fā)生自分解放出氫離子，形成電平衡，并部分轉(zhuǎn)化為氨氣釋放，結(jié)果顯示出海水的鹽度不減反增的效果。而當(dāng)海水中有足夠的碳酸鈉存在時(shí)，則可以降低氫離子濃度，抑制銨離子的分解。因此，較佳地，陽(yáng)離子膜最好選用非強(qiáng)酸型。同理，為了避免碳酸根離子或碳酸氫根離子與氫氧根離子的無效交換，陰離子膜最好選用非強(qiáng)堿性陰離子膜。

當(dāng)步驟1中析出的碳酸銨或氨氣飽和時(shí)，即放出濃烈的氨氣時(shí)，鹽度計(jì)顯示，溶液中的鹽度不再降低，顯示滲析基本停止，說明需要及時(shí)將碳酸銨產(chǎn)物移除出待處理溶液，促進(jìn)銨離子的滲析。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種海水或廢水的淡化方法的示范例。將50g市售強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂用飽和的氯化銨溶液浸泡6小時(shí)，即再生過程，將50g強(qiáng)堿性陰離子樹脂用飽和的碳酸銨或碳酸氫銨溶液浸泡6小時(shí)。取出樹脂后用清水充分洗滌，并經(jīng)離心脫除水分。先將模擬的海水150ml倒入經(jīng)氯化銨處理過的陽(yáng)離子樹脂中，經(jīng)1小時(shí)置換反應(yīng)后，將海水倒入先前處理過的陰離子樹脂中，經(jīng)1小時(shí)置換反應(yīng)后，完成一個(gè)置換循環(huán)后，再倒入陽(yáng)離子樹脂中，循環(huán)3次后，測(cè)得鹽度從千分之35降低到千分之29，并伴有堿性的氨氣析出。改用弱酸性陽(yáng)離子樹脂和弱堿性陰離子樹脂時(shí)，有類似的效果，但置換速度較慢。關(guān)于樹脂的再生，陽(yáng)離子交換樹脂用銨鹽循環(huán)再生，碳酸根離子或碳酸氫根離子用碳酸鹽或碳酸氫鹽循環(huán)再生。可選的主要銨鹽為氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨或硝酸銨，可選的主要碳酸鹽或碳酸氫鹽為碳酸銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫銨、碳酸氫鉀或碳酸氫鈉。樹脂法需要再生、清洗過程，是相比膜法的主要缺陷。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種新的單純含堿污水處理的方法，以制漿造紙廠污水為例，其它堿性廢水如紡織、皮革、濕法冶金廢水等可以進(jìn)行類似的操作。將實(shí)施列1中模擬的海水替換為堿性的制漿造紙廠污水，最優(yōu)地，以碳酸氫銨、碳酸銨作為置換溶液，提供銨根離子，僅經(jīng)上述步驟1，常溫常壓下，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)算出每平方米的陽(yáng)離 子膜每小時(shí)可從含堿約5％(重量)廢水中置換出約50g氫氧化鈉。實(shí)際使用時(shí)，含堿廢水預(yù)先經(jīng)擴(kuò)散滲析進(jìn)行堿回收后，再進(jìn)行銨根離子與鈉離子的置換處理；而在置換溶液中所得到的有價(jià)值的鈉的碳酸鹽，可以經(jīng)過與石灰水的反應(yīng)制取制漿用的燒堿溶液以及碳酸鈣沉淀，實(shí)現(xiàn)鈉離子的全部回收利用。在煅燒碳酸鈣獲得氫氧化鈣的過程中，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w回收后，與回收的氨氣再行反應(yīng)，生成的碳酸銨鹽循環(huán)作為置換溶液中的銨鹽。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種新的單純含酸溶液或含酸污水的處理的方法，以生物質(zhì)稀酸溶液為例，其它酸性廢水如電鍍、酸洗污水、化學(xué)合成等廢水可以進(jìn)行類似的操作。將實(shí)施列1中模擬的海水替換為3％硫酸酸水解農(nóng)作物秸稈所得到的含糖溶液，最優(yōu)地，以碳酸氫銨、碳酸銨作為置換溶液，提供碳酸氫跟或碳酸根離子，僅經(jīng)上述步驟2，常溫常壓下，使硫酸根離子和碳酸氫根離子置換，而含糖溶液因碳酸的分解，而實(shí)現(xiàn)脫酸，置換溶液中的硫酸銨作為化肥實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。實(shí)際使用時(shí)，含酸廢水預(yù)先經(jīng)擴(kuò)散滲析進(jìn)行酸回收后，再進(jìn)行置換處理。

實(shí)施例5

本實(shí)施例提供一種鹽的生產(chǎn)方法。以氯化鉀、氯化鈉溶液分別作為待處理溶液，以碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、硫酸銨、亞硫酸銨、硝酸銨、或亞硝酸銨溶液作為步驟1中的置換溶液，且陽(yáng)離子膜最好為非強(qiáng)酸型膜；以碳酸銨、或碳酸氫銨、或碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、或氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰作為步驟2中的置換溶液，且陰離子膜最好為非強(qiáng)堿型膜；

在步驟1的置換溶液中分別生成對(duì)應(yīng)的碳酸鉀、碳酸氫鉀、硫酸鉀、亞硫酸鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀，碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉、亞硫酸鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉。

實(shí)施例6

本實(shí)施例提供一種堿的生產(chǎn)方法，利用離子的交換和濃縮方法，包括：以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰溶液分別作為待處理的溶液，以氨水溶液作為步驟1中的置換溶液；以碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、或氫氧化鋰作為步驟2中的置換溶液；

在步驟1中的置換溶液中分別生成對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰；為了減少所生成的堿對(duì)氨的電解離的影響，應(yīng)及時(shí)將產(chǎn)物堿移除出置換溶液或進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用于堿參與的化學(xué)反應(yīng)。所得堿可作為上述實(shí)施例1中海水淡化中步驟2的置換溶液，海水淡化過程中析出的氨作為生產(chǎn)堿的原料，形成可循環(huán)過程。

或者，以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰濃溶液或飽和溶液分別作為步驟2中的溶液，以氨水溶液作為步驟2中的置換溶液，在該步驟2中的溶液中分別生成對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰以及對(duì)應(yīng)殘余的鹽；在利用實(shí)施例1中的裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)在陰離子膜兩側(cè)的是氨水與氯化鈉濃溶液時(shí)，經(jīng)1小時(shí)擴(kuò)散滲析，氯化鈉溶液中的pH值明顯大于7，說明發(fā)生了陰離子的交換，在氯化鈉鹽溶液中生成了部分堿。

進(jìn)一步地，將所得含堿及殘余鹽分的溶液作為實(shí)施例1或5中所需要的氫氧根 離子的來源，尤其是步驟2中的待處理溶液中含有銨離子可形成氨氣揮發(fā)時(shí)；進(jìn)一步地，以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰濃溶液或飽和溶液同時(shí)通過2個(gè)獨(dú)立的陰離子膜，即相當(dāng)于一個(gè)容器的兩側(cè)是由兩張陰離子膜所組成，兩膜之間是濃或飽和的鹽溶液，膜的外側(cè)分別同時(shí)與氨水及置換轉(zhuǎn)化成為含銨離子的海水或廢水進(jìn)行接觸交換，可測(cè)出pH值按預(yù)期地增加，達(dá)到了間接地提高與海水或廢水進(jìn)行交換的氫氧根離子濃度，解決弱電介質(zhì)氨水中銨離子濃度低的問題。所生成的堿通過應(yīng)用于實(shí)施例1或5中或其它耗堿工藝中進(jìn)行交換脫除后，再循環(huán)進(jìn)行本實(shí)施例的滲析處理。

本各實(shí)施例提供的溶液中離子的交換和濃縮方法還可應(yīng)用于分離各種含有溶解于水溶液中的有機(jī)物和無機(jī)物的污水；非電解質(zhì)參與的化學(xué)反應(yīng)中(如有機(jī)物的氧化、鹵化反應(yīng)、磺化、硝化、氨解、水解)，使非電解質(zhì)轉(zhuǎn)化成的電解質(zhì)及產(chǎn)物或副產(chǎn)物中的離子化合物(如氯化氫、水以及廢棄的催化劑)及時(shí)析出，以促進(jìn)非電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為電解質(zhì)，如甲醇的氧化制造甲酸，糖發(fā)酵產(chǎn)物中有機(jī)酸的移除等；以及日常飲用水凈化；各種含有機(jī)物的混合溶液的脫離子濃縮；代替電滲析脫鹽提純等。