„Сърцето“ на електродиализата: Как работи мембранният стек?

В един електродиализа (ED) системата има основен компонент, известен като „сърцето“ – мембранният стек. Ако електродите са „източникът на енергия“, а йонообменните мембрани са „разделителните устройства“, тогава мембранният стек е основната работна единица, където всички тези компоненти са органично комбинирани. Производителността на стека определя пряко ефективността на обезсоляване, консумацията на енергия и оперативната стабилност на цялата ED система. И така, как точно изглежда това „сърце“?

1.Какво е мембранен стек?

1.1 Определение

Както подсказва името, мембранният стек е многослойна структура, образувана от редуващо се подреждане на йонообменни мембрани, дистанционни елементи и електроди в определен ред, закрепени чрез затягащо устройство. Той е основната физическа единица на йонообменната система, изпълняваща действителната задача за разделяне на йони.

1.2 Състав на стека

Пълният мембранен стек се състои от следните компоненти:

Катионнообменна мембрана (CEM): Позволява на катионите да преминават, като същевременно блокира анионите.

Анионнообменна мембрана (AEM): Позволява на анионите да преминават, като същевременно блокира катионите.

Разделители: Образуват канали за воден поток, поддържат разстоянието между мембраните и насърчават турбулентността.

Електроди: Приложете електрическото поле, за да стимулирате миграцията на йони.

Затягащо устройство: Компресира компонентите на стека, за да предотврати теч.

Електродни камери: Помещават електродите и електродния разтвор.

2.Разположение на мембранния стек

2.1 Основна единица: Двойка клетки

Основната повтаряща се единица на стека е клетъчната двойка, която се състои от следната последователност:

CEM → Спейсър (Разреждаща камера) → AEM → Спейсър (Концентрирана камера)

Тази структура – ​​състояща се от CEM, камера за разреждане, AEM и камера за концентрат – представлява цялостна клетъчна двойка. Тя постига „извличане“ и „обогатяване“ на йони.

2.2 Пълна структура на стека

Пълният мембранен стек се изгражда чрез повтаряне на множество двойки клетки, като в двата края се добавят електродни камери и затягащи устройства:

Анодна камера → [Двойка клетки] × N → Катодна камера

2.3 Три ключови камери

По време на работа в стека се образуват три вида камери с различни функции:

Разреждаща камера: Разположена между CEM и AEM. Тук навлиза сурова вода, йоните мигрират навън и се произвежда обезсолена вода (прясна вода).

Концентратна камера: Разположена между AEM и CEM. Тя приема мигриращите йони, произвеждайки концентриран саламура.

Електродна камера: Разположена в краищата на стека, помещаваща електродите и електродния разтвор, където протичат електродните реакции.

3.Принцип на работа: Как се „движат“ йоните?

3.1 Път на йонна миграция

Вземайки разтвор на NaCl като пример, когато върху електродите се приложи постоянно напрежение:

В разреждащата камера:

Na+ (катион): Привлечен от катода, той преминава през CEM в камерата за концентрат.

Cl- (анион): Привлечен от анода, той преминава през AEM в камерата за концентрат.

Резултат: Концентрацията на NaCl в камерата за разреждане непрекъснато намалява, постигайки обезсоляване.

В концентратната камера:

Na+: Постъпва от съседната камера за разреждане през CEM.

Cl-: Влиза от другата съседна камера за разреждане през AEM.

Резултат: Концентрацията на NaCl в камерата за концентрат непрекъснато се увеличава, постигайки концентрация.

3.2 Електродни реакции

В електродните камери водните молекули претърпяват електролиза:

Анодна реакция: 2H2O→O2↑+ 4H+ + 4e-

Катодна реакция: 2H2O + 2e-→H2↑+ 2OH-

4.Ключови параметри на дизайна на стека

4.1 Брой клетъчни двойки

Броят на двойките клетки в стека определя:

Капацитет на обработка: Колкото повече двойки клетки има, толкова по-голямо е производството на вода за единица време.

Ефективност на обезсоляване: Колкото повече двойки клетки има, толкова по-висока е скоростта на обезсоляване при едно преминаване.

Изискване за напрежение: Колкото повече двойки клетки, толкова по-високо е необходимото напрежение.

4.2 Ефективна площ

Ефективната площ на една мембрана (площта, участваща в йонния обмен) определя:

Производство на вода: Колкото по-голяма е площта, толкова по-голям е обемът на разтвора, обработван за единица време.

Плътност на тока: За същия ток, по-голяма площ води до по-ниска плътност на тока, намалявайки риска от концентрационна поляризация.

4.3 Дебелина на дистанционния елемент

Дебелината на дистанционния елемент определя ширината на канала за поток на камерите за разреден и концентриран разтвор:

Тънки дистанционни елементи: По-ниско електрическо съпротивление и консумация на енергия, но склонни към запушване (изискващи по-високи стандарти за предварителна обработка).

Дебели дистанционни елементи: По-силна противозапушваща способност, но по-високо съпротивление и малко по-висока консумация на енергия.

5.Заключение

Мембранният стек е „сърцето“ на електродиализната система; неговият дизайн, монтаж и работно състояние директно определят успеха или неуспеха на цялата система. За проектантите, операторите и поддръжката на ЕД системите, разбирането на вътрешната структура и принципа на работа на стека е основата за овладяване на тази технология. Стекът не е просто компонент на оборудването; той е същността на електродиализната технология – кондензиране на принципи от електростатиката, мембранното разделяне, флуидната динамика и електрохимията в компактно устройство, за да се постигне прецизно разделяне на „сол“ и „вода“.

ЧЗВ:

1. Кои сме ние?
Базирани сме в Анхуей, Китай, започваме от 2011 г., продаваме в Югоизточна Азия, Северна Америка, Източна Европа, Южна Азия.

2. Можете ли да персонализирате номиналната мощност или напрежение?
Да, персонализирането на продуктите е приемливо.

3. Може ли вашата компания да осигури цялостна система (горивни клетки, производство на водород, съхранение на водород, система за доставка на водород)?
Да, можем да осигурим необходимите аксесоари съответно.