硫酸鉀是一種重要的無氯鉀肥,適用于忌氯作物。然而自然界中沒有純態(tài)的硫酸鉀,現(xiàn)有的硫酸鉀制備方法包括曼海姆法、締置法和復分解法等。但它們存在能耗高、設備腐蝕嚴重等問題,因此尋找一種簡單、環(huán)保及低能耗的硫酸鉀制備方法顯得緊迫且重要。電滲析是一種重要的電驅(qū)動膜分離過程,能夠?qū)崿F(xiàn)溶液相中目標荷電離子的單相傳質(zhì),具有電流利用效率高、過程綠色等優(yōu)點,被應用于海水淡化、有機酸生產(chǎn)、處理工業(yè)廢水中。選擇性電滲析(SED)是一種新型的針對相同電性離子分離的電滲析過程,在廢水資源化領域有著重要應用。在此我們將選擇性電滲析應用到硫酸鉀的制備中,針對其關鍵問題展開了以下研究:1.研究了 SED法制備硫酸鉀的過程,主要考察了硫酸鹽種類、電流密度和硫酸銨/氯化鉀比率對實驗的影響。結(jié)果顯示使用硫酸銨作為硫酸鹽的SED過程的能耗最低,并且硫酸銨的價格低廉,因此硫酸銨為最合適的硫酸根供應源;當電流密度為20或30 mA/cm2時,制得的產(chǎn)品符合國家農(nóng)業(yè)硫酸鉀標準GB20406-2006;高的摩爾比率可以使置換過程更加完全,但會導致過多的鉀離子流失,且產(chǎn)品中的銨根離子含量也會上升。此外,為了預測產(chǎn)品溶液濃度,針對產(chǎn)品溶液濃度建立了數(shù)學模型,結(jié)果表明產(chǎn)品濃度的實驗值和計算值具有很好的一致性。最后,對SED過程進行初步成本計算,結(jié)果顯示制備的硫酸鉀成本高于市售價格,主要原因是實驗裝置小和單價陰離子選擇性膜成本較高。2.針對SED過程的核心部件——單價陰離子選擇性膜展開了制備工作。以溴化聚苯醚(BPPO)與叔胺為原料,探討了接枝叔胺碳鏈長度、叔胺/溴甲基比率、熱處理溫度及膜表面復合聚吡咯對膜性能的影響。結(jié)果顯示隨著接枝的叔胺碳鏈長度增加,膜的離子選擇透過性PSO4Cl增加;叔胺/溴甲基比率越小,膜的離子選擇性越高,但膜面電阻也大幅上升;高溫熱處理能夠提高膜內(nèi)部的結(jié)晶度,結(jié)晶度越高的膜的致密度越高,由于膜的孔徑篩分效應,膜的單價陰離子選擇性有所提高;在膜表面復合聚吡咯能夠提升膜表面致密度,結(jié)果顯示膜表面復合聚吡咯之后PSO4Cl有大幅提高,但膜面電阻也迅速增加。對比文獻報道中不同方法制備的單價陰離子交換膜,本研究中制備的膜的離子選擇透過性PSO4Cl較高,不足之處是膜面電阻較高�？傊�,本文提出了一種簡單、綠色的硫酸鉀制備方法,在實驗室研究中制備出了合格的產(chǎn)品。為了進一步將該硫酸鉀制備方法應用于實際,一方面需要開發(fā)性能優(yōu)異的膜,另一方面還需將實驗裝置放大,進行中試生產(chǎn)研究。
【學位單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ131.13
【部分圖文】：

?了膜與膜的空間，使物料處于離子狀態(tài)，能夠連續(xù)傳導；５）電解液，電解液填充于??電極與膜之間，一般需要不會和電極反應的電解質(zhì)，且盡量不帶入雜質(zhì)離子。圖１??中的三張陽膜、兩張陰膜和電極形成了兩個淡化室、兩個濃縮室和兩個電極室。在??施加電場后，淡化室的陽離子在負極的吸引下透過陽離子交換膜向負極移動，同時??被相隔的下一張陰膜阻擋，在濃縮室聚集；相對地，淡化室的陰離子在正極的吸引??下透過陰離子交換膜向正極移動，被相隔的下一張陽膜阻擋，在濃縮室聚集，而不??帶電的中性離子則保持不動。這樣就實現(xiàn)了溶液的脫鹽和濃縮。??ｙ?＇?＾??一―?…不????參個??ｔ?Ｉ??ｔ?ｔ??ｆ?ｉ??ｉ?ｉ??ｆ?！??ＣＥＭ?ＡＥＭ?？?ＣＥＭ?ＡＥＭ．Ｖ．＾．，；?ＣＥＭ??廣、電?ｕ?？?ｐ?？?＋?＠？?國?２?廠、??ｆ?ｉ??ｉ?ｉ??ｔ?ｔ??ｔ?ｉ??ｔ?ｉ??Ｉ?ｊ??ｉ?ｉ????？嫌働：—＿？＿麻嫌￣播？辯撕義供顧辦麵ｉ??中１１：粒ｆ－；?？陽離子：？陰離丫？：?ＣＥＭ?ｍ離／？交換股：ＡＥＭ陰尚子交換膜．??圖１．１典型的普通電滲析膜堆結(jié)構(gòu)圖??Ｆｉｇ?１．?Ｔ［�。瑁�?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｙｐｉｃａｌ?ＣＥＤ?ｓｔａｃｋｓ??（２）電復分解??電復分解（ＭＥＤ）的裝置與普通電滲析相同，與普通電滲析不同的地方是普??通電滲析有兩股物料，而電復分解有四股，通過膜堆和物料的組合實現(xiàn)復分解反應。??圖１．２是氯化鉀和硫酸銨發(fā)生電復分解反應生成硫酸鉀和氯化銨的原理圖Ｗ。如圖??１．２所示

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【參考文獻】

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本文編號：2883203