徐嘯朱曉兵周集體李任征

（1大連理工大學(xué)氫能與液體燃料研究中心，遼寧 大連116024；2大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連116024；3盤(pán)錦市清潔生產(chǎn)中心，遼寧 盤(pán)錦124013）

引 言

中國(guó)淡水資源總量較多，但人均占有量?jī)H為世界人均占有量的1／4左右。隨著社會(huì)的發(fā)展，淡水資源的供給日益緊張，人們需要開(kāi)拓新的淡水資源供給方式。其中，海水淡化作為一種新的淡水資源供給方式，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和良好的前景。中國(guó)是海洋大國(guó)，通過(guò)海水淡化可以實(shí)現(xiàn)淡水資源總量的增加且淡化后的水質(zhì)好。因此，海水淡化是解決淡水資源匱乏的有效方法之一。

目前，海水淡化常用方法有蒸餾法和膜法。蒸餾法是指利用熱能進(jìn)行海水淡化的方法，包括多級(jí)閃蒸、低溫多效蒸餾等［1］。多級(jí)閃蒸的優(yōu)點(diǎn)是淡化后水質(zhì)好、傳熱管內(nèi)無(wú)相變且無(wú)結(jié)垢現(xiàn)象；但需要耐腐蝕材料和大量的化學(xué)試劑來(lái)抑制設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，且操作溫度高，因而其能耗大，成本高［2］。低溫多效蒸餾法操作彈性較大、操作溫度較低，因此對(duì)設(shè)備和傳熱管的材質(zhì)要求較低，成本降低［3］；但存在嚴(yán)重的結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象。膜法是利用膜的選擇透過(guò)性達(dá)到海水淡化的目的，主要包括反滲透法和電滲析法。反滲透法是最節(jié)能的海水淡化方法，海水淡化過(guò)程無(wú)相變、效率高、投資成本低；但是由于對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較高，因此需要海水預(yù)處理，但是預(yù)處理過(guò)程較為復(fù)雜。電滲析法具有化學(xué)藥劑消耗少、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于一些非電解質(zhì)和弱電解質(zhì)的物質(zhì)難以去除，且不適于制備飲用水。

電泳 （electrophoresis，簡(jiǎn)稱(chēng)EP）是指在電場(chǎng)作用下，帶電荷的粒子或離子相對(duì)于溶液向陰極或陽(yáng)極遷移的一種現(xiàn)象。20世紀(jì)30年代Tiselius［4］在洛克菲勒基金會(huì)的支持下，研制了第一臺(tái)電泳儀“Tiselius電泳儀”，并創(chuàng)立了移動(dòng)界面電泳方法，并首次證明了血清的組成。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，電泳方法已相當(dāng)多元化，相繼出現(xiàn)了紙電泳［5］、醋 酸 纖 維 素 薄 膜 電 泳［6－8］、 淀 粉 凝 膠 電泳［9－10］、聚丙 烯 酰 胺 凝 膠 電 泳［11－13］、 等 電 聚 焦 電泳［14－18］、等 速 電 泳［19］、 毛 細(xì) 管 電 泳［20－23］、 介 電 電泳方法［24－26］，并將其應(yīng)用于分離分析。然而大部分電泳方法是用于蛋白質(zhì)、氨基酸和核酸等生物質(zhì)的微量分離分析，對(duì)于海水淡化的連續(xù)分離和制備涉及較少。

本實(shí)驗(yàn)利用自制的垂直電場(chǎng)電泳裝置考察模擬海水的脫鹽效果。該電泳裝置有兩對(duì)垂直放置的鉑釕電極形成相互垂直的電場(chǎng)，在電場(chǎng)的作用下，不同電性的帶電粒子將向電極方向發(fā)生遷移，由于不同粒子的質(zhì)荷比不同，其遷移速度不同，電泳裝置中間出水口即可獲得脫鹽后的水溶液，從而實(shí)現(xiàn)模擬海水淡化的目的。本研究利用這一原理，考察模擬海水的脫鹽效果 （以氯離子為研究對(duì)象），并考察了氯離子初始濃度、停留時(shí)間和電壓對(duì)脫鹽率、能量效率和分布比率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

試劑：氯化鈉，分析純；硝酸銀，純度≥99.8%；濃硫酸，純度≥98%；氫氧化鈉，純度≥96%；鉻酸鉀 （K2CrO4），純度≥99.5%；酚酞，純度≥98%。

儀器：WYJ－601可調(diào)式直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，電壓量程為60V，電流量程為3A，上海穩(wěn)凱電源設(shè)備有限公司；BT01－100蠕動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)器，保定蘭格恒流泵有限公司。

1.2 電泳裝置

實(shí)驗(yàn)所用電泳裝置如圖1所示。

其中，電泳槽為自制的聚氯乙烯塑料裝置，尺寸為20.0cm×20.0cm×30.0cm；兩對(duì)垂直放置的電極板為鈦材鍍貴金屬鉑釕，規(guī)格均為17.0 cm×20.0cm ×0.1cm；電泳槽中填料為石英砂；輸入管插入電泳裝置石英砂正中間深約2.0 cm處；電泳槽底部設(shè)置均勻分布的網(wǎng)格16個(gè)，網(wǎng)格中心設(shè)有圓形出水口，出水口直徑約為1.0cm，各個(gè)相鄰出水口之間距離為5.0cm；出水口下設(shè)有收集管，其中收集管的流速通過(guò)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制。

圖1 電泳裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of electrophoresis apparatus

電泳裝置出水口示意圖如圖2所示。

電泳裝置出水分為4個(gè)區(qū)域：正極區(qū)、負(fù)極區(qū)、中間區(qū)和兩極鄰近區(qū)。正極區(qū) （positive region，圖中黑色部分）包括A1、A2、A3、B1和C1出水口，中間區(qū) （central region，紅棕色部分）包括B2、B3、C2和C3出水口，負(fù)極區(qū)（negative region，灰色部分）包括B4、C4、D2、D3和D4出水口，兩極鄰近區(qū) （adjacent region between two electrodes，深灰色部分）包括A4和D1出水口。

圖2 電泳裝置出水口示意圖Fig.2 Schematic diagram of four outlets of electrophoresis apparatus，such as positive region （black），negative region （gray），central region （red brown）and adjacent region between two electrodes （dark grey）

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 氯離子初始濃度的影響 配制氯離子濃度分別為466.4mg·L－1、638.7mg·L－1和862.0 mg·L－1的氯化鈉水溶液。將4.6LNaCl水溶液以泵流速約為2.00L·h－1通入到電泳裝置中，電泳裝置電壓設(shè)置為36V，停留時(shí)間2.3h，收集各出水口溶液。按照1.4分析方法測(cè)定各出水口溶液的氯離子濃度，并計(jì)算各出水口脫鹽率 （以氯離子為考察對(duì)象）、能量效率和分布比率。

1.3.2 停留時(shí)間的影響 配制氯離子濃度為466.4mg·L－1的氯化鈉水溶液，將氯化鈉水溶液通入電泳裝置中，停留時(shí)間分別為2.0h、2.4h、4.2h、10.3h，電泳裝置電壓為36V，其他電泳條件一致，做平行實(shí)驗(yàn)。考察不同停留時(shí)間下的脫鹽率、能量效率和分布比率。

1.3.3 電壓的影響 配制氯離子濃度為466.4 mg·L－1的氯化鈉水溶液，將氯化鈉水溶液通入到電泳裝置中，停留時(shí)間為2.3h，電泳裝置電壓分別設(shè)置為10V、20V、30V和36V，其他電泳條件一致，做平行實(shí)驗(yàn)?？疾觳煌妷合碌拿擕}率、能量效率和分布比率。

1.4 分析方法

各出水口溶液中氯離子濃度的測(cè)定采用硝酸銀滴定法。

脫鹽率 （desalination ratio，以氯離子為考察對(duì)象）定義為各出水口氯離子濃度變化量占氯離子初始濃度的百分?jǐn)?shù)，如式 （1）。

式中，C0為氯離子初始濃度，mg·L－1；C1為各出水口氯離子濃度，mg·L－1；M為脫鹽率，%。

能量效率 （energy efficiency）定義為在一定的氯離子初始濃度下，單位能量下向正極區(qū)域遷移的氯離子質(zhì)量，如式 （2）。

式中，η為能量效率，mg·（kW·h）－1；m遷為向正極區(qū)域遷移的氯離子的質(zhì)量，mg；U為電極板兩端電壓，V；I為電流，A；t為通電時(shí)間，s。

式中，m遷為向正極區(qū)域遷移的氯離子的質(zhì)量，mg；m總為在正極區(qū)域獲得的氯離子總質(zhì)量，mg；m原為在不施加電場(chǎng)的條件下，正極區(qū)域原本應(yīng)該獲得的質(zhì)量，mg；m反為在正極板發(fā)生反應(yīng)的氯離子質(zhì)量，mg。

分布比率 （distribution ratio）定義為各區(qū)域收集氯離子質(zhì)量占各區(qū)域氯離子質(zhì)量總和的百分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 氯離子初始濃度對(duì)脫鹽率、能量效率和分布比率的影響

2.1.1 各出水口脫鹽率 當(dāng)氯離子初始濃度為466.4mg·L－1時(shí)，各出水口脫鹽率如圖3所示。

圖3 各出水口脫鹽率Fig.3 Desalination ratio of various outlets at

在電場(chǎng)作用下氯離子向正極板區(qū)域遷移，正極區(qū)出水口溶液氯離子濃度高于氯離子初始濃度，因此正極區(qū)脫鹽率數(shù)值為負(fù) （即發(fā)生氯的富集）。中間區(qū)、負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的氯離子濃度低于氯離子初始濃度，這3個(gè)區(qū)域的脫鹽率為正。

從圖中可知，中間區(qū)C2和C3出水口脫鹽率分別為21.3%和23.4%，B2和B3出水口脫鹽率較低，僅為4.3%和6.4%。理論上，氯離子向正極區(qū)遷移，則中間區(qū)出水口脫鹽率應(yīng)較高，可能是由于進(jìn)水流速較大，離子在電泳中的停留時(shí)間較短，未得到充分遷移，導(dǎo)致中間出水口脫鹽率較低。正極區(qū)A1出水口脫鹽率最低，為－36.2%（富集氯離子）；B1、A2和A3出水口脫鹽率分別為－17.0%、－12.8%和－8.5%，而C1出水口脫鹽率為4.3%。負(fù)極區(qū)脫鹽率較高，均在50%以上；D2出水口脫鹽率最高，為74.5%；C4出水口脫鹽率最低，為53.2%。負(fù)極區(qū)仍有少量氯離子存在，原因可能是鈉離子在靜電作用下把溶液中帶相反電荷的氯離子吸引到其周?chē)?，以保持局部電荷平衡，鈉離子攜帶部分氯離子向負(fù)極區(qū)遷移。兩極鄰近區(qū)A4和D1出水口脫鹽率分別為53.8%和66.4%。

當(dāng)氯離子初始濃度為638.7mg·L－1時(shí)，各出水口脫鹽率如圖4所示。

圖4 各出水口脫鹽率Fig.4 Desalination ratio of various outlets at

當(dāng)氯離子初始濃度增加到638.7mg·L－1時(shí)，電泳裝置中間區(qū)各出水口脫鹽率降低，正極區(qū)各出水口 （除C1出水口外）脫鹽率升高 （即富集率降低）；負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)各出水口脫鹽率降低。

中間區(qū)C2和C3出水口脫鹽率最大，均為11.1%；B2和B3出水口脫鹽率最低，為1.4%。正極區(qū)B1出水口脫鹽率最小 （即富集率最大），為－19.1%。負(fù)極區(qū)B4出水口脫鹽率最大，為68.7%；D3出水口脫鹽率最小，為53.0%。兩極鄰近區(qū)A4和D1出水口脫鹽率均為56.2%。

當(dāng)氯離子初始濃度為862.0mg·L－1時(shí)，各出水口脫鹽率如圖5所示。

圖5 各出水口脫鹽率Fig.5 Desalination ratio of various outlets at

當(dāng)氯離子初始濃度增加到862.0mg·L－1時(shí)，中間區(qū)脫鹽率進(jìn)一步降低，正極區(qū)各出水口脫鹽率相對(duì)升高 （即富集率降低）；負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)（除A4出水口）脫鹽率均降低。

中間區(qū)C3出水口脫鹽率最大，為7.1%；B2出水口脫鹽率最小，為－5.9%。正極區(qū)A3出水口脫鹽率最大，為3.6%；B1出水口脫鹽率最?。锤患首畲螅瑸椋?.9%。負(fù)極區(qū)B4出水口脫鹽率最大，為68.7%；D2和D4出水口脫鹽率最小，為41.2%。兩極鄰近區(qū)A4和D1出水口脫鹽率分別為64.7%和36.5%。

2.1.2 各區(qū)域脫鹽率、能量效率和分布比率的比較 不同氯離子初始濃度下4個(gè)區(qū)域脫鹽率的比較如圖6所示。

從圖6可知，隨著氯離子初始濃度增加，電泳裝置中間區(qū)脫鹽率逐漸降低，正極區(qū)脫鹽率逐漸升高 （即富集率逐漸降低），負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的脫鹽率均降低。

不同氯離子初始濃度下能量效率如表1所示。

圖6 不同氯離子初始濃度下的區(qū)域脫鹽率比較Fig.6 Comparison of desalination ratio at different initial concentration of chloride anion

表1 不同氯離子初始濃度下的能量效率Table 1 Energy efficiency at different initial concentration of chloride anion

從表1可知，當(dāng)氯離子初始濃度增加時(shí)，向正極區(qū)遷移的氯離子質(zhì)量逐漸增加，能量效率逐漸升高。

當(dāng)進(jìn)水氯離子濃度由466.4mg·L－1增加到862.0mg·L－1時(shí)，能量效率由 1586.2mg·（kW·h）－1升高到2367.3mg·（kW·h）－1。

不同氯離子初始濃度下各區(qū)域分布比率的比較如圖7所示。

從圖7可知，其他電泳條件保持不變，當(dāng)氯離子初始濃度增大時(shí)，電泳裝置中間區(qū)分布比率增大，最大為34.6%。正極區(qū)分布比率由47.8%降低到41.1%。負(fù)極區(qū)分布比率整體呈上升趨勢(shì)。兩極鄰近區(qū)分布比率由5.9%升高到7.2%。

綜上所述，隨著入水口處的氯離子初始濃度的增加，電泳裝置出水口的中間區(qū)的脫鹽率降低；能量效率逐漸升高；中間區(qū)、負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的分布比率增大，而正極區(qū)的分布比率減小。

2.2 停留時(shí)間對(duì)脫鹽率、能量效率和分布比率的影響

2.2.1 停留時(shí)間與各區(qū)域脫鹽率的關(guān)系 停留時(shí)間與各區(qū)域脫鹽率的關(guān)系如圖8所示。

圖7 不同氯離子初始濃度下分布比率的比較Fig.7 Comparison of distribution ratio at different initial concentration of chloride anion

圖8 不同停留時(shí)間下各區(qū)域的脫鹽率Fig.8 Desalination ratio of each region at different retention time

當(dāng)停留時(shí)間由2.0h增加到10.3h的過(guò)程中，電泳裝置中間區(qū)脫鹽率由13.9%升高到69.5%。正極區(qū)的脫鹽率逐漸降低 （即富集率逐漸增大），從－12.1%降低到－16.8%。負(fù)極區(qū)脫鹽率從64.4%升高到83.2%。兩極鄰近區(qū)脫鹽率由59.2%升高到72.0%。

因此，停留時(shí)間的改變對(duì)中間區(qū)脫鹽率影響最大，增加停留時(shí)間可以使中間區(qū)的氯離子充分向正極區(qū)遷移，中間區(qū)出水口離子濃度降低，從而可以從中間區(qū)出水口獲得脫鹽后的水溶液，且增加停留時(shí)間可以提升脫鹽效果。

2.2.2 停留時(shí)間與能量效率關(guān)系 不同停留時(shí)間下的能量效率如表2所示。

表2 不同停留時(shí)間下的能量效率Table 2 Energy efficiency at different retention time

從表2可以看出，當(dāng)停留時(shí)間由2.0h增加到10.3h，電泳裝置的能量效率由1586.2mg·（kW·h）－1逐漸降低到508.6mg·（kW·h）－1。

2.2.3 停留時(shí)間與分布比率的關(guān)系 根據(jù)分布比率定義，得到不同停留時(shí)間下的分布比率如圖9所示。

圖9 不同停留時(shí)間下的分布比率Fig.9 Distribution ratio at different regions as a function of retention time

從圖9可知，當(dāng)停留時(shí)間從2.0h增加到10.3 h時(shí)，中間區(qū)氯離子分布比率由32.0%降低到14.7%。正極區(qū)氯離子分布比率由47.9%增加到70.6%。負(fù)極區(qū)氯離子分布比率整體呈下低趨勢(shì)，由14.3%降到8.4%。兩極鄰近區(qū)氯離子分布比率整體呈上升趨勢(shì)，但變化較小。

綜上所述，隨著停留時(shí)間的增加，中間區(qū)脫鹽率明顯升高，高達(dá)69.5%；能量效率逐漸降低；中間區(qū)和負(fù)極區(qū)的分布比率減小，而正極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的分布比率增加。

2.3 電壓的影響

2.3.1 電壓與各區(qū)域脫鹽率的關(guān)系 不同電壓下各區(qū)域的脫鹽率如圖10所示。

當(dāng)電壓由10V升高到36V的過(guò)程中，電泳裝置中間區(qū)脫鹽率逐漸升高，正極區(qū)脫鹽率由5.9%升高到13.9%。正極區(qū)脫鹽率降低 （即富集率升高），由－1.4%降低到－12.1%。負(fù)極區(qū)脫鹽率由21.4%升高到64.4%。兩極鄰近區(qū)脫鹽率由23.4%升高到59.2%。因此，電壓從10V升高到36V，對(duì)負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的脫鹽率影響最大。2.3.2 電壓與能量效率的關(guān)系 不同電壓下的能量效率如表3所示。

圖10 不同電壓下各區(qū)域的脫鹽率Fig.10 Desalination ratio at various regions as a function of different applied voltage

表3 不同電壓下的能量效率Table 3 Energy efficiency at different applied voltage

從表3可知，當(dāng)電壓升高時(shí)，向正極板遷移的氯離子質(zhì)量逐漸增大，但是電泳裝置的能量效率逐漸降低。當(dāng)電壓由10V升高到36V時(shí)，電泳裝置的能量效率由3535.0mg·（kW·h）－1降低到1586.2mg·（kW·h）－1。

2.3.3 電壓與分布比率的關(guān)系 不同電壓下的分布比率如圖11所示。

從圖11可知，當(dāng)電壓升高時(shí)，中間區(qū)的氯離子分布比率呈先上升后降低趨勢(shì)，正極區(qū)的氯離子分布比率逐漸增大，負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的氯離子分布比率逐漸減小。當(dāng)電壓由10V升高到36V時(shí)，中間區(qū)氯離子分布比率由25.1%增加到32.6%后減小為31.9%；正極區(qū)分布比率由38.0%增加到47.8%；負(fù)極區(qū)分布比率由28.7%降到14.3%；兩極鄰近區(qū)分布比率由8.2%降到5.9%。

圖11 不同電壓下的分布比率Fig.11 Distribution ratio at different voltage

由此可見(jiàn)，電壓的改變對(duì)于正極區(qū)和負(fù)極區(qū)的氯離子分布比率影響較大。

綜上所述，隨著電壓的升高，中間區(qū)的脫鹽率逐漸升高，最高達(dá)13.9%；能量效率逐漸降低；正極區(qū)的分布比率逐漸增大，而負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的分布比率逐漸減小，中間區(qū)分布比率呈先上升后降低趨勢(shì)。

2.4 電化學(xué)反應(yīng)

由于電泳實(shí)驗(yàn)中，施加的電極電勢(shì)高于氯氣、氫氣析出的平衡電勢(shì)，因此陽(yáng)極、陰極均可能存在析氯、析氫反應(yīng)。25℃時(shí)的電極反應(yīng)式和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)［27］如下所示

電泳裝置電壓為36V，停留時(shí)間2.3h，氯離子初始濃度分別為466.4mg·L－1、638.7mg·L－1和862.0mg·L－1時(shí)，發(fā)生副反應(yīng)的情況如下。

2.4.1 氯離子初始濃度為466.4mg·L－1實(shí)際氯離子總質(zhì)量為各出水口實(shí)際獲得的氯離子總質(zhì)量；理論氯離子總質(zhì)量定義為氯離子初始濃度與出水口獲得溶液總體積的乘積。

根據(jù)各區(qū)域氯離子濃度和體積，計(jì)算得到各區(qū)域所含氯離子質(zhì)量及反應(yīng)氯離子總質(zhì)量，如圖12所示。

正極區(qū)、中間區(qū)、負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的氯離子質(zhì)量分別為261.1mg、174.7mg、78.4mg和32.3mg，各區(qū)域氯離子總質(zhì)量為546.5mg。理論氯離子總質(zhì)量為719.7mg。因此，在電壓36V，停留時(shí)間2.3h條件下，有173.2mg氯離子在正極板發(fā)生了反應(yīng)。

圖12 各區(qū)域及反應(yīng)的氯離子質(zhì)量（初始濃度466.4mg·L－1）Fig.12 Chloride anion mass of each region and reaction（initial concentration of chloride anion 466.4mg·L－1）

2.4.2 氯離子初始濃度為638.7mg·L－1氯離子初始濃度為638.7mg·L－1時(shí)，各區(qū)域所含氯離子質(zhì)量及反應(yīng)氯離子總質(zhì)量如圖13所示。

圖13 各區(qū)域及反應(yīng)的氯離子質(zhì)量（初始濃度638.7mg·L－1）Fig.13 Chloride anion mass of each region and reaction（initial concentration of chloride anion 638.7mg·L－1）

正極區(qū)、中間區(qū)、負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)氯離子質(zhì)量分別為427.9mg、305.0mg、166.7mg和56.1mg，各區(qū)域氯離子總質(zhì)量為955.8mg。理論氯離子總質(zhì)量為1248.3mg。因此，在電壓36V，停留時(shí)間2.3h下，有292.5mg氯離子在正極板發(fā)生了反應(yīng)生成氯氣。相比于氯離子初始濃度為466.4mg·L－1時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的氯離子量增多。

2.4.3 氯離子初始濃度為862.0mg·L－1氯離子初始濃度為862.0mg·L－1時(shí)，各區(qū)域所含氯離子質(zhì)量及反應(yīng)氯離子總質(zhì)量如圖14所示。

圖14 各區(qū)域及反應(yīng)的氯離子質(zhì)量（初始濃度862.0mg·L－1）Fig.14 Chloride anion mass of each region and reaction（initial concentration of chloride anion 862.0mg·L－1）

正極區(qū)、中間區(qū)、負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)氯離子質(zhì)量分別為564.1mg、474.7mg、234.9mg和98.2mg，各區(qū)域氯離子總質(zhì)量為1371.8mg。理論氯離子總質(zhì)量為1662.8mg。因此，在電壓36V，停留時(shí)間2.3h條件，有291.0mg氯離子在正極板發(fā)生了反應(yīng)生成氯氣。相比于氯離子初始濃度為638.7mg·L－1的電泳實(shí)驗(yàn)，發(fā)生反應(yīng)的氯離子質(zhì)量基本相同。

不同氯離子初始濃度下，各區(qū)域及反應(yīng)的氯離子占理論氯離子質(zhì)量的比例如圖15所示。

圖15 各區(qū)域及反應(yīng)的氯離子占理論氯離子的比例Fig.15 Ratio of each region，reaction of chlorine anion and theoretical total mass

圖15給出了各區(qū)域及反應(yīng)的氯離子占理論氯離子質(zhì)量的比例，其中mi為各區(qū)域及反應(yīng)的氯離子質(zhì)量，mt為理論氯離子總質(zhì)量。從圖中可知，當(dāng)氯離子初始濃度增加時(shí)，中間區(qū)氯離子質(zhì)量占理論氯離子總質(zhì)量的比例由24.3%增大到28.5%，負(fù)極區(qū)氯離子質(zhì)量占理論氯離子總質(zhì)量的比例由10.9%增大到14.1%，兩極鄰近區(qū)的氯離子質(zhì)量占理論氯離子總質(zhì)量的比例由4.5%增大到5.9%，正極區(qū)的氯離子質(zhì)量占理論氯離子總質(zhì)量的比例由36.3%減小到33.9%。發(fā)生反應(yīng)的氯離子質(zhì)量占理論氯離子總質(zhì)量的比例由24.1%降到17.5%。即當(dāng)氯離子初始濃度增加時(shí)，在正極板發(fā)生反應(yīng)的氯離子質(zhì)量增大，但是所占理論總質(zhì)量的比例降低。

3 結(jié) 論

（1）隨著入水口處的氯離子初始濃度的增加，電泳裝置出水口的中間區(qū)的脫鹽率降低，能量效率逐漸升高，中間區(qū)、負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的分布比率增大，而正極區(qū)的分布比率減小。

（2）隨著停留時(shí)間的增加，中間區(qū)脫鹽率明顯升高，高達(dá)69.5%，能量效率逐漸降低，中間區(qū)和負(fù)極區(qū)的分布比率減小，而正極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的分布比率增加。停留時(shí)間的增加可以使中間區(qū)的氯離子充分向正極區(qū)遷移，中間區(qū)出水口離子濃度降低，因此可以從中間出水口獲得脫鹽后的水溶液，且增加停留時(shí)間可以提升脫鹽效果。

（3）隨著電壓升高，中間區(qū)的脫鹽率逐漸升高，最高達(dá)13.9%，能量效率逐漸降低，正極區(qū)的分布比率逐漸增大，而負(fù)極區(qū)和兩極鄰近區(qū)的分布比率逐漸減小，中間區(qū)域分布比率呈先上升后降低趨勢(shì)。

（4）由于電泳實(shí)驗(yàn)中，施加的電極電勢(shì)高于氯氣析出的平衡電勢(shì)，因此陽(yáng)極發(fā)生析氯反應(yīng)。在電泳裝置電壓36V，停留時(shí)間2.3h條件下，當(dāng)氯離子初始濃度由466.4mg·L－1增加到862.0 mg·L－1時(shí)，在正極板發(fā)生反應(yīng)的氯離子質(zhì)量占理論氯離子總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)由24.1%降到17.5%。

符 號(hào) 說(shuō) 明

C0——氯離子初始濃度，mg·L－1

C1——各出水口氯離子濃度，mg·L－1

I——電流，A

m反——在正極板發(fā)生反應(yīng)的氯離子質(zhì)量，mg

m遷——向正極區(qū)域遷移的氯離子的質(zhì)量，mg

m原——在不施加電場(chǎng)的條件下，正極區(qū)域原本應(yīng)該獲得的質(zhì)量，mg

m總——在正極區(qū)域獲得的氯離子總質(zhì)量，mg

t——通電時(shí)間，s

U——電極板兩端電壓，V

η——能量效率，mg·（kW·h）－1

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