電(dian)(dian)去(qu)離(li)(li)子(zi)（EDI）技(ji)術(shu)有機結(jie)合了電(dian)(dian)滲(shen)析(xi)與離(li)(li)換技(ji)術(shu)的優點，以(yi)初級純水（如反(fan)滲(shen)透水）作(zuo)為，可直接生產高純水，實(shi)現了去(qu)離(li)(li)子(zi)過(guo)程連續(xu)進填充(chong)的離(li)(li)子(zi)交換材(cai)料自動再(zai)生。EDI與電(dian)(dian)滲(shen)析(xi)的不同之處在于淡室中填充(chong)了離(li)(li)子(zi)交換材(cai)料，因充(chong)材(cai)料的選擇是(shi)EDI關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)之一。

目(mu)前(qian)，EDI膜堆填(tian)充(chong)材料一般為(wei)離(li)(li)子交換(huan)樹脂(zhi)，離(li)(li)子交換(huan)纖維作(zuo)為(wei)填(tian)充(chong)材料的(de)(de)研究(jiu)也(ye)(ye)有報道(dao)，同(tong)時(shi)，其它(ta)類型填(tian)充(chong)材料的(de)(de)研發也(ye)(ye)在繼續。針對不充(chong)材料采(cai)取不同(tong)的(de)(de)填(tian)充(chong)方式，這方面(mian)的(de)(de)研究(jiu)也(ye)(ye)得(de)進(jin)展[3-4]。

1、填充材料

在EDI膜(mo)堆中，填(tian)充材料(liao)作為離子傳(chuan)導(dao)(dao)的(de)載體，離子交換、傳(chuan)導(dao)(dao)的(de)作用，其性(xing)能(neng)直接影(ying)響EDI過進行。填(tian)充材料(liao)應具備(bei)以下性(xing)能(neng)：交換容(rong)量(liang)高；速度快；導(dao)(dao)電能(neng)力(li)強(qiang)；水流阻力(li)小；強(qiang)度高；無溶等。

1.1離子交換樹脂

選擇(ze)離(li)子交換(huan)樹(shu)脂作為(wei)填充材(cai)料，除能滿足上件(jian)外，更主(zhu)要(yao)是因為(wei)樹(shu)脂不需要(yao)作進一步加(jia)工直接使用(yong)，而且價(jia)格便宜，容易得到，所以(yi)自(zi)7年美國Millipore公司推出(chu)第一臺商(shang)業化EDI以(yi)來，顆(ke)粒狀(zhuang)離(li)子交換(huan)樹(shu)脂一直被廣(guang)泛采用(yong)。

目前，市場上顆粒狀離(li)子交換樹脂(zhi)種類(lei)(lei)較(jiao)多(duo)，分類(lei)(lei)方(fang)法不一，一般根據(ju)離(li)子交換樹脂(zhi)上所帶功能基(ji)的特性(xing)、功能基(ji)上反離(li)子類(lei)(lei)型和樹脂(zhi)形(xing)態等進行分類(lei)(lei)。

按照離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)上所(suo)帶功(gong)能(neng)基特性(xing)(xing)(xing)，可(ke)將其(qi)(qi)劃分(fen)為(wei)陽(yang)(yang)離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)和(he)陰離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)。帶有(you)酸(suan)(suan)性(xing)(xing)(xing)功(gong)能(neng)基的(de)(de)(de)叫作(zuo)陽(yang)(yang)離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)；帶堿(jian)性(xing)(xing)(xing)功(gong)能(neng)基的(de)(de)(de)叫作(zuo)陰離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)。再(zai)(zai)按功(gong)能(neng)基上酸(suan)(suan)、堿(jian)的(de)(de)(de)強弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)程度，粗略地劃分(fen)為(wei)強酸(suan)(suan)、弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)酸(suan)(suan)或(huo)強堿(jian)、弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)堿(jian)性(xing)(xing)(xing)離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)。不(bu)(bu)同類(lei)型離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)在性(xing)(xing)(xing)能(neng)上存在一定的(de)(de)(de)差異，因而(er)作(zuo)為(wei)填(tian)充材料會使EDI過程出現不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)現象(xiang)。國(guo)內外(wai)絕大多數(shu)EDI膜(mo)堆均使用(yong)(yong)強酸(suan)(suan)、強堿(jian)性(xing)(xing)(xing)離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)。這類(lei)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)能(neng)力(li)較強，再(zai)(zai)生(sheng)也相對(dui)容(rong)易。而(er)弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)酸(suan)(suan)、弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)堿(jian)性(xing)(xing)(xing)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)雖然(ran)容(rong)易被H+和(he)OH-所(suo)再(zai)(zai)生(sheng)，但再(zai)(zai)生(sheng)后(hou)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)能(neng)力(li)變(bian)(bian)弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)，因而(er)較少被采(cai)用(yong)(yong)。這主要是由弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)酸(suan)(suan)、弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)堿(jian)性(xing)(xing)(xing)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)選(xuan)擇(ze)吸(xi)附(fu)(fu)性(xing)(xing)(xing)決(jue)定的(de)(de)(de)。在中(zhong)性(xing)(xing)(xing)水溶液中(zhong)，弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)酸(suan)(suan)、弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)堿(jian)性(xing)(xing)(xing)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)對(dui)各種(zhong)離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)選(xuan)擇(ze)性(xing)(xing)(xing)吸(xi)附(fu)(fu)順序為(wei)：H+>>Fe3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+；OH->>SO42->PO43->NO2->Cl->HCO3-。可(ke)以看出弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)酸(suan)(suan)、弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)堿(jian)性(xing)(xing)(xing)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)對(dui)H+、OH-的(de)(de)(de)選(xuan)擇(ze)性(xing)(xing)(xing)系數(shu)明(ming)顯高于其(qi)(qi)它離(li)子(zi)(zi)，使得再(zai)(zai)生(sheng)后(hou)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)上的(de)(de)(de)H+、OH-不(bu)(bu)易與溶液中(zhong)其(qi)(qi)它離(li)子(zi)(zi)進行交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)。因而(er)，再(zai)(zai)生(sheng)后(hou)的(de)(de)(de)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)，離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)能(neng)力(li)變(bian)(bian)弱(ruo)(ruo)(ruo)(ruo)，樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)離(li)子(zi)(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)(huan)、再(zai)(zai)生(sheng)過程不(bu)(bu)能(neng)持續高效進行，最(zui)終影響膜(mo)堆的(de)(de)(de)脫鹽(yan)率。

按照離(li)(li)子交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)樹脂(zhi)(zhi)功能基(ji)上(shang)反(fan)離(li)(li)子的(de)類型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)可(ke)分(fen)為(wei)鹽(yan)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)樹脂(zhi)(zhi)和(he)再(zai)生型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)樹脂(zhi)(zhi)。所(suo)謂鹽(yan)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)樹脂(zhi)(zhi)就是(shi)指樹脂(zhi)(zhi)上(shang)可(ke)交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)的(de)基(ji)團為(wei)Na+或Cl-，所(suo)謂再(zai)生型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)樹脂(zhi)(zhi)是(shi)脂(zhi)(zhi)上(shang)可(ke)交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)的(de)基(ji)團為(wei)H+或OH-。有(you)試驗表明(ming)，功能基(ji)上(shang)反(fan)離(li)(li)子類型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)不(bu)同(tong)會對EDI過程(cheng)有(you)影(ying)響，填(tian)充鹽(yan)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)再(zai)生型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)樹脂(zhi)(zhi)的(de)膜堆(dui)，其(qi)濃水(shui)(shui)(shui)電(dian)(dian)和(he)產水(shui)(shui)(shui)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)率的(de)變化趨勢有(you)明(ming)顯的(de)差異。按照離(li)(li)子交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)樹脂(zhi)(zhi)形態可(ke)分(fen)為(wei)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)大(da)(da)(da)孔前(qian)者僅(jin)在(zai)溶脹狀態下具有(you)內部微(wei)孔，且孔徑較(jiao)(jiao)一般為(wei)2～4nm，故發(fa)生粒擴(kuo)(kuo)散時離(li)(li)子傳導阻(zu)(zu)力，速(su)(su)度(du)較(jiao)(jiao)慢。大(da)(da)(da)孔型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)樹脂(zhi)(zhi)則無論處(chu)于(yu)干、濕或收(shou)膨(peng)脹（在(zai)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)）狀態，都存在(zai)比(bi)(bi)(bi)一般凝膠(jiao)(jiao)(jiao)樹脂(zhi)(zhi)更更大(da)(da)(da)的(de)孔道，因而表面積較(jiao)(jiao)大(da)(da)(da)，在(zai)離(li)(li)子交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)過程(cheng)子容(rong)易遷移擴(kuo)(kuo)散，交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)速(su)(su)度(du)較(jiao)(jiao)快。有(you)研究表明(ming)，樹脂(zhi)(zhi)雖(sui)然具有(you)上(shang)述諸多(duo)優點，但作為(wei)EDI膜堆(dui)材料并沒有(you)帶來好(hao)的(de)去(qu)離(li)(li)子效果(guo)，與(yu)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)樹充的(de)膜堆(dui)相(xiang)比(bi)(bi)(bi)，其(qi)產水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質差，膜堆(dui)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)大(da)(da)(da)。該認為(wei)出現(xian)此(ci)現(xian)象的(de)原因是(shi)由(you)于(yu)EDI過程(cheng)中(zhong)離(li)(li)換(huan)(huan)(huan)的(de)控(kong)制因素(su)為(wei)“薄膜擴(kuo)(kuo)散控(kong)制”；同(tong)時，大(da)(da)(da)孔粒徑較(jiao)(jiao)大(da)(da)(da)，填(tian)充密度(du)低(di)于(yu)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)型(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)樹脂(zhi)(zhi)，且與(yu)凝膠(jiao)(jiao)(jiao)脂(zhi)(zhi)相(xiang)比(bi)(bi)(bi)其(qi)交(jiao)(jiao)換(huan)(huan)(huan)容(rong)量低(di)30%。

在(zai)以離(li)子交(jiao)(jiao)換樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)作為填充(chong)材料的(de)EDI膜(mo)(mo)堆除(chu)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)類型的(de)不同(tong)會對(dui)EDI過程產生影響(xiang)外，的(de)粒(li)徑分布(bu)范圍(wei)也是一個重要因素。2000年清學王方提(ti)出用(yong)均粒(li)或單一粒(li)徑范圍(wei)的(de)陰、陽交(jiao)(jiao)換樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)作填充(chong)材料，改善EDI膜(mo)(mo)堆淡(dan)室內(nei)工況。其專利(li)中所提(ti)到的(de)均粒(li)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)是通過物料噴制得的(de)，粒(li)徑約為0.5～0.7mm，從最小(xiao)粒(li)徑至粒(li)徑的(de)變(bian)化僅35%。由(you)于均粒(li)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)具有填充(chong)密勻、水流阻(zu)力小(xiao)等優(you)點，國外膜(mo)(mo)堆普遍(bian)使(shi)用(yong)，但較貴。軍事醫(yi)學科學院選用(yong)國產普通的(de)201×7堿性和001×7型強酸性陰、陽離(li)子交(jiao)(jiao)換樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)，經門處(chu)理，可以提(ti)高樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)的(de)填充(chong)密度，膜(mo)(mo)堆性能也到國外使(shi)用(yong)均粒(li)樹(shu)(shu)(shu)脂(zhi)的(de)水平。

目前國內企業，如(ru)浙(zhe)江千秋(qiu)環保水(shui)處理(li)有(you)限(xian)公(gong)(gong)(gong)浙(zhe)江東大(da)水(shui)業有(you)限(xian)公(gong)(gong)(gong)司(si)、杭州華(hua)新凈(jing)水(shui)有(you)限(xian)公(gong)(gong)(gong)司(si)均使(shi)用離(li)子交換(huan)樹脂作為(wei)(wei)膜(mo)堆的(de)(de)(de)填(tian)充材(cai)(cai)料(liao)，推出(chu)品(pin)。同時(shi)，國內多數(shu)研(yan)究人(ren)員，如(ru)王方、聞(wen)瑞梅、友[10-14]等(deng)均以(yi)離(li)子交換(huan)樹脂作為(wei)(wei)填(tian)充材(cai)(cai)料(liao)，對I的(de)(de)(de)傳(chuan)質(zhi)機理(li)及工(gong)藝過程等(deng)做了較細致(zhi)的(de)(de)(de)研(yan)究工(gong)為(wei)(wei)以(yi)樹脂作為(wei)(wei)填(tian)充材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)EDI膜(mo)堆產品(pin)的(de)(de)(de)研(yan)發能提高提供了有(you)益(yi)的(de)(de)(de)借鑒。

本(ben)文認為(wei)，由于離(li)子交換樹脂(zhi)功能基(ji)、功能基(ji)上子類型和樹脂(zhi)形態等因(yin)素的不(bu)(bu)同，使(shi)樹脂(zhi)的性在一定的差(cha)異(yi)，因(yin)而作為(wei)填充材料可能會使(shi)E-DI過(guo)程表現(xian)出不(bu)(bu)同的現(xian)象，所以有(you)必要系統地研究(jiu)各(ge)種不(bu)(bu)同類型離(li)子交換樹脂(zhi)對EDI過(guo)程的具體影響，從而深入了解和揭(jie)示EDI過(guo)程，更(geng)好地指導實踐。

1.2離子交換纖維

與離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)樹脂相比，離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)纖(xian)維(wei)在某些方(fang)面具有(you)更(geng)加優異的性(xing)能(neng)。離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)纖(xian)維(wei)材(cai)料具有(you)開(kai)放性(xing)的長鏈，在離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)過(guo)程中(zhong)不容易(yi)(yi)發生中(zhong)毒(du)，能(neng)夠長時(shi)間保持高的離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)能(neng)力；另(ling)外(wai)，離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)纖(xian)維(wei)多半以天然(ran)纖(xian)維(wei)素為骨架，為親水性(xing)矩(ju)陣(zhen)，纖(xian)維(wei)素有(you)一定的鍵角，并由氫鍵形成網狀交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)聯結構，活性(xing)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)基的距離(li)(li)大(da)多數為5nm，容易(yi)(yi)發生離(li)(li)子(zi)交(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)換(huan)。因此(ci)，它在理論(lun)上更(geng)適(shi)合作(zuo)為EDI膜堆(dui)的填充材(cai)料。但由于技術(shu)等(deng)方(fang)面的原因，目前還(huan)沒有(you)投(tou)入實(shi)際使用。

對離子交(jiao)換纖維的(de)(de)應用可追(zhui)溯到20世紀70～80年代(dai)，當時離子交(jiao)換纖維被(bei)(bei)編(bian)織成網(wang)，作為(wei)導電(dian)(dian)材料(liao)填充到電(dian)(dian)滲析(xi)的(de)(de)淡(dan)室(shi)中，目的(de)(de)是(shi)為(wei)了(le)提高(gao)電(dian)(dian)滲析(xi)操(cao)作電(dian)(dian)流。Kedem將此離子交(jiao)換纖維導電(dian)(dian)網(wang)填充到電(dian)(dian)滲析(xi)濃室(shi)和淡(dan)室(shi)中，除為(wei)了(le)提高(gao)電(dian)(dian)滲析(xi)操(cao)作電(dian)(dian)流外，更(geng)主(zhu)要是(shi)想(xiang)解決濃室(shi)中的(de)(de)結垢問(wen)題，但效果不(bu)明顯，所(suo)以后來(lai)未被(bei)(bei)采用。

到20世紀90年代(dai)末，法國的Emmanuel等人(ren)使(shi)用(yong)經專門加工(gong)的離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)纖維(wei)作(zuo)為(wei)填(tian)充材料，進(jin)行了純水(shui)制備(bei)實驗。在進(jin)水(shui)電導率(lv)為(wei)10～15μS/cm時，產水(shui)電導率(lv)為(wei)0.4μS/cm。這可能(neng)(neng)是由于研(yan)究者在裝置設計上采用(yong)和樹脂作(zuo)為(wei)填(tian)充材料時同樣(yang)的結(jie)構，導致離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)纖維(wei)填(tian)充密度較(jiao)低，離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)纖維(wei)比表面(mian)積大、交(jiao)換(huan)速度快(kuai)的特性未能(neng)(neng)得到充分發揮，因而沒有形成高效的去離(li)子(zi)過程。1996年，王方對(dui)過去我國核工(gong)業部原子(zi)能(neng)(neng)研(yan)究所研(yan)制的

1103型純(chun)水裝(zhuang)置的(de)(de)鑒定(ding)資(zi)料進行了探討，提出將離(li)子交(jiao)換(huan)纖維線編織(zhi)成(cheng)一定(ding)形(xing)狀（網(wang)狀）作(zuo)為(wei)(wei)EDI膜(mo)堆(dui)的(de)(de)填(tian)(tian)充材(cai)料。其(qi)(qi)纖維線的(de)(de)直徑為(wei)(wei)0.5 mm，編織(zhi)時根據陰、陽兩種纖維交(jiao)換(huan)容(rong)量(liang)相等(deng)的(de)(de)原(yuan)則(ze)來確定(ding)它們(men)的(de)(de)比例。填(tian)(tian)充時，用(yong)粘(zhan)合劑或(huo)有機溶劑將其(qi)(qi)連(lian)接在淡水隔板上(shang)，但(dan)至(zhi)今未見(jian)有試驗和應用(yong)報道(dao)。日(ri)本也有報道(dao)稱，利用(yong)輻(fu)射接枝制得(de)離(li)子交(jiao)換(huan)纖維（固定(ding)基為(wei)(wei)氨基酸(suan)），將其(qi)(qi)編織(zhi)成(cheng)布作(zuo)為(wei)(wei)EDI膜(mo)堆(dui)填(tian)(tian)充材(cai)料，其(qi)(qi)交(jiao)換(huan)容(rong)量(liang)為(wei)(wei)2.6mmol/g。以(yi)NaCl加入蒸(zheng)餾水配得(de)的(de)(de)10μS/cm水為(wei)(wei)原(yuan)水，進水流(liu)量(liang)2L/h，電壓(ya)50V，產水可(ke)達到(dao)13.9MΩ·cm。

近(jin)年來，韓國Song Jung-Hoon利用紫(zi)外嫁接聚合(he)方法制得了離子交(jiao)換(huan)纖維，將其作為EDI膜堆的(de)(de)填充(chong)材料去除(chu)水(shui)中鈷(gu)離子，實驗結果表明去除(chu)率劉國昌(chang)等，EDI膜堆填充(chong)材料及其填充(chong)方式的(de)(de)研究進展798%以上；法國Myriam和Chehida將此類膜堆于磷(lin)酸(suan)溶(rong)液中礦物元素的(de)(de)提(ti)取，如鎂(mei)、鉻、鋅、鎘(ge)等元素。經(jing)過5h的(de)(de)循環(huan)處理，淡室出水(shui)中除(chu)鐵種金(jin)屬(shu)元素均有30%的(de)(de)去除(chu)率，即(ji)各金(jin)屬(shu)元素30%被提(ti)取。

從上(shang)述(shu)文獻可以(yi)看出(chu)，近年來以(yi)離(li)(li)子交(jiao)換纖維(wei)作EDI膜(mo)堆(dui)填充(chong)材料的(de)(de)研究主要集中在去(qu)除或提(ti)取重金(jin)屬離(li)(li)子方面。這主要是因為離(li)(li)子交(jiao)換纖維(wei)的(de)(de)性(xing)長鏈，使得(de)分子量和半(ban)徑較大(da)的(de)(de)離(li)(li)子也能得(de)到傳導效果，而(er)使用離(li)(li)子交(jiao)換樹(shu)脂(zhi)則會發生中毒。想將(jiang)其作為高(gao)純水制備的(de)(de)EDI膜(mo)堆(dui)填充(chong)材料還一(yi)定的(de)(de)困難。難點之一(yi)就是需要設計合適的(de)(de)填充(chong)，以(yi)期提(ti)高(gao)纖維(wei)填充(chong)密度，最大(da)限度發揮其優(you)良，使EDI過(guo)程能夠持續高(gao)效穩定進行。

1.3成型(xing)離(li)子交換材料

雖然(ran)目(mu)前市場(chang)上絕大(da)多數EDI膜堆以離(li)子交脂作為填(tian)充(chong)材料(liao)，但人們研發(fa)新型填(tian)充(chong)材料(liao)的從未(wei)停止。

格來格水處理(li)公司通(tong)(tong)過選(xuan)用(yong)合(he)適的(de)(de)(de)聚(ju)合(he)物粘，利(li)用(yong)模(mo)板擠壓成(cheng)型(xing)，將(jiang)陰、陽(yang)離(li)(li)子(zi)交(jiao)換樹(shu)(shu)脂制成(cheng)形狀的(de)(de)(de)多(duo)孔可滲透(tou)離(li)(li)子(zi)交(jiao)換材(cai)料(liao)。其試驗(yan)中描當(dang)淡室(shi)進水流量(liang)180 L/h，電導率(lv)3μS/cm，施加(jia)1流時，可穩定(ding)地生產11.2MΩ·cm的(de)(de)(de)純水。與(yu)此似的(de)(de)(de)交(jiao)換材(cai)料(liao)是(shi)(shi)一種(zhong)樹(shu)(shu)脂薄片(pian)(pian)（Resin Wafer）其制作是(shi)(shi)通(tong)(tong)過選(xuan)用(yong)合(he)適的(de)(de)(de)聚(ju)合(he)物，如聚(ju)乙(yi)烯、聚(ju)、聚(ju)偏氟乙(yi)烯等，與(yu)樹(shu)(shu)脂共(gong)混，經特定(ding)的(de)(de)(de)工(gong)藝將(jiang)陽(yang)離(li)(li)子(zi)交(jiao)換樹(shu)(shu)脂制成(cheng)一定(ding)厚度的(de)(de)(de)薄片(pian)(pian)，樹(shu)(shu)脂含量(liang)制在20%～70%。同時，通(tong)(tong)過加(jia)入蔗糖控制薄片(pian)(pian)隙率(lv)，加(jia)入碳黑(hei)控制導電性(xing)。薄片(pian)(pian)的(de)(de)(de)厚度可通(tong)(tong)過控制在1mm到(dao)(dao)12mm之間(jian)，制得的(de)(de)(de)離(li)(li)子(zi)交(jiao)換材(cai)度為(wei)0.7～1.4g/cm3。試驗(yan)研究(jiu)表明，利(li)用(yong)此材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)膜堆，當(dang)淡室(shi)進水濃度為(wei)150 mg/L（溶質為(wei)l），流量(liang)為(wei)6L/h時，脫(tuo)鹽率(lv)可達到(dao)(dao)70%。不難看出以上兩種(zhong)填充(chong)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)主體仍然(ran)是(shi)(shi)離(li)(li)子(zi)樹(shu)(shu)脂，只(zhi)是(shi)(shi)通(tong)(tong)過加(jia)工(gong)，使制得的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)更方便填充(chong)。

2、填充方式

無論(lun)是(shi)離(li)子(zi)交換樹脂(zhi)、纖維還是(shi)其它成型(xing)離(li)子(zi)材料，都有(you)應用(yong)到(dao)EDI膜堆(dui)的(de)(de)研究(jiu)報道。但相言，樹脂(zhi)作為填(tian)充(chong)材料的(de)(de)EDI膜堆(dui)，生產工藝成熟，目前商(shang)業應用(yong)較(jiao)多，樹脂(zhi)的(de)(de)填(tian)充(chong)方(fang)(fang)式(shi)(shi)也是(shi)與(yu)應用(yong)的(de)(de)重要方(fang)(fang)向之一(yi)。因而，本(ben)文以樹脂(zhi)為對離(li)子(zi)交換材料的(de)(de)填(tian)充(chong)方(fang)(fang)式(shi)(shi)進(jin)行介紹。歸結(jie)起來，樹脂(zhi)的(de)(de)填(tian)充(chong)方(fang)(fang)式(shi)(shi)主要有(you)混合(he)填(tian)充(chong)、分層(ceng)填(tian)充(chong)和分置式(shi)(shi)填(tian)充(chong)。US Filter公司研究(jiu)人員(yuan)認為厚隔(ge)板（淡室隔(ge)板厚度8～9 mm）膜堆(dui)適宜采(cai)用(yong)分層(ceng)填(tian)充(chong)和分置式(shi)(shi)填(tian)充(chong)方(fang)(fang)式(shi)(shi)，本(ben)文認為厚隔(ge)板膜堆(dui)采(cai)用(yong)混合(he)填(tian)充(chong)方(fang)(fang)式(shi)(shi)的(de)(de)可行性還有(you)待進(jin)一(yi)步研究(jiu)。

2.1混合填充

混(hun)合填(tian)充是(shi)指將陰(yin)、陽離子交(jiao)換樹脂按一定(ding)比(bi)例均勻混(hun)合后填(tian)充到EDI膜(mo)堆淡(dan)室中(zhong)。這種填(tian)充方式使用最(zui)早、最(zui)多，同時(shi)也是(shi)眾多研(yan)究人員最(zui)熟悉的一種。

在(zai)混合填(tian)充(chong)EDI膜堆(dui)中，水的(de)(de)解離主要發生(sheng)在(zai)異(yi)性(xing)的(de)(de)樹(shu)(shu)脂(zhi)與(yu)異(yi)性(xing)的(de)(de)樹(shu)(shu)脂(zhi)與(yu)膜接(jie)觸(chu)點(dian)周圍(wei)的(de)(de)水界面(mian)層中。由于混合填(tian)充(chong)方式使(shi)得(de)這種接(jie)觸(chu)點(dian)均勻遍(bian)布(bu)整(zheng)個(ge)淡(dan)室區間，因而使(shi)得(de)水解離發生(sheng)在(zai)整(zheng)個(ge)淡(dan)室中，樹(shu)(shu)脂(zhi)再生(sheng)迅速(su)。但(dan)有研究[27-28]認為，隨(sui)淡(dan)室隔板厚(hou)度的(de)(de)增加，混合填(tian)充(chong)的(de)(de)膜堆(dui)脫(tuo)鹽(yan)率有下降(jiang)的(de)(de)趨勢。這是因為隨(sui)淡(dan)室隔板厚(hou)度的(de)(de)增加，一顆樹(shu)(shu)脂(zhi)周圍(wei)存在(zai)異(yi)性(xing)樹(shu)(shu)脂(zhi)的(de)(de)幾率變大，離子“高速(su)公路(lu)”式的(de)(de)傳導(dao)路(lu)徑更加難以形成，所以導(dao)致脫(tuo)鹽(yan)率的(de)(de)下降(jiang)。

2.2分層填充

分(fen)(fen)層(ceng)(ceng)(ceng)填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)，即(ji)根據需要，在(zai)(zai)某(mou)一層(ceng)(ceng)(ceng)填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)區域(yu)中(zhong)只填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)某(mou)一類型(xing)或型(xing)號(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)樹脂(zhi)(zhi)(zhi)。Joseph等(deng)人認為，分(fen)(fen)層(ceng)(ceng)(ceng)填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)優勢在(zai)(zai)于：由于每層(ceng)(ceng)(ceng)只填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)同類型(xing)樹脂(zhi)(zhi)(zhi)，提高了離(li)子傳(chuan)導效率，可(ke)(ke)較大程度(du)地提高電(dian)流(liu)密(mi)度(du)及(ji)電(dian)流(liu)效率，有效解決了厚隔板所帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)脫(tuo)鹽效率低、電(dian)阻大、操(cao)作(zuo)電(dian)壓(ya)高等(deng)問題。但同時(shi)，為了保證工作(zuo)性(xing)能，分(fen)(fen)層(ceng)(ceng)(ceng)填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)膜(mo)(mo)堆(dui)(dui)在(zai)(zai)運(yun)行(xing)時(shi)，必須使各(ge)層(ceng)(ceng)(ceng)不同類型(xing)或型(xing)號(hao)樹脂(zhi)(zhi)(zhi)之間相(xiang)(xiang)互分(fen)(fen)離(li)，層(ceng)(ceng)(ceng)與層(ceng)(ceng)(ceng)交(jiao)界處的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)樹脂(zhi)(zhi)(zhi)不能在(zai)(zai)水(shui)(shui)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沖擊下相(xiang)(xiang)互混合，因而增加了填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)技術難度(du)。在(zai)(zai)分(fen)(fen)層(ceng)(ceng)(ceng)填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)膜(mo)(mo)堆(dui)(dui)中(zhong)，水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)解離(li)主要發生(sheng)(sheng)在(zai)(zai)3個(ge)區域(yu)：異(yi)性(xing)樹脂(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)接(jie)(jie)觸面，陽(yang)(yang)離(li)子交(jiao)換樹脂(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)與陰膜(mo)(mo)接(jie)(jie)觸面，陰離(li)子交(jiao)換樹脂(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)與陽(yang)(yang)膜(mo)(mo)接(jie)(jie)觸面。該(gai)文認為，這(zhe)是由于在(zai)(zai)電(dian)場的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用下，離(li)子發生(sheng)(sheng)定(ding)向遷移，上述3個(ge)區域(yu)首(shou)先發生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)解離(li)。水(shui)(shui)解離(li)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)H+和OH-將(jiang)起到再(zai)生(sheng)(sheng)樹脂(zhi)(zhi)(zhi)、輔助傳(chuan)遞電(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，與混合填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)相(xiang)(xiang)比(bi)，H+和OH-在(zai)(zai)傳(chuan)遞過程中(zhong)結合的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)率大大降低，提高了電(dian)流(liu)效率。本文認為，由于理論上分(fen)(fen)層(ceng)(ceng)(ceng)填(tian)(tian)充(chong)(chong)(chong)(chong)膜(mo)(mo)堆(dui)(dui)發生(sheng)(sheng)水(shui)(shui)解離(li)點分(fen)(fen)布比(bi)較集中(zhong)，所以(yi)離(li)子交(jiao)換樹脂(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)與淡室隔板厚度(du)之間應該(gai)存在(zai)(zai)一個(ge)最佳比(bi)值。如果離(li)子交(jiao)換樹脂(zhi)(zhi)(zhi)層(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)值太大，可(ke)(ke)能會給樹脂(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)再(zai)生(sheng)(sheng)帶來(lai)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)困難。

2.3分置式填充

在(zai)(zai)分置式(shi)填充膜(mo)(mo)堆中，陽(yang)(yang)(yang)(yang)極(ji)板和陽(yang)(yang)(yang)(yang)膜(mo)(mo)之(zhi)間填充水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)處理技術第33卷第11期子(zi)交換樹(shu)(shu)脂(zhi)，構(gou)成(cheng)陽(yang)(yang)(yang)(yang)淡水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室(shi)(shi)(shi)，簡稱陽(yang)(yang)(yang)(yang)室(shi)(shi)(shi)；在(zai)(zai)陰(yin)(yin)極(ji)陰(yin)(yin)膜(mo)(mo)之(zhi)間填充陰(yin)(yin)離子(zi)交換樹(shu)(shu)脂(zhi)，構(gou)成(cheng)陰(yin)(yin)淡水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室(shi)(shi)(shi)，陰(yin)(yin)室(shi)(shi)(shi)；陽(yang)(yang)(yang)(yang)膜(mo)(mo)與(yu)陰(yin)(yin)膜(mo)(mo)之(zhi)間構(gou)成(cheng)濃(nong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)室(shi)(shi)(shi)，如(ru)圖1所工作時(shi)(shi)，進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)分成(cheng)兩路按比例分別(bie)進(jin)(jin)入(ru)(ru)淡室(shi)(shi)(shi)和濃(nong)淡室(shi)(shi)(shi)進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)首(shou)先通(tong)過(guo)陽(yang)(yang)(yang)(yang)室(shi)(shi)(shi)，陽(yang)(yang)(yang)(yang)室(shi)(shi)(shi)出水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)再(zai)進(jin)(jin)入(ru)(ru)陰(yin)(yin)室(shi)(shi)(shi)，從陰(yin)(yin)室(shi)(shi)(shi)流出，濃(nong)室(shi)(shi)(shi)進(jin)(jin)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)通(tong)過(guo)濃(nong)室(shi)(shi)(shi)后直接排掉。分置式(shi)填充膜(mo)(mo)堆運行時(shi)(shi)，樹(shu)(shu)脂(zhi)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)所需要的(de)(de)H+OH-來自于陰(yin)(yin)、陽(yang)(yang)(yang)(yang)電(dian)極(ji)板上水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)電(dian)化學反(fan)應(ying)(ying)，這與(yu)種填充方式(shi)不(bu)同(tong)(tong)。原水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)進(jin)(jin)入(ru)(ru)陽(yang)(yang)(yang)(yang)室(shi)(shi)(shi)后，水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)中陽(yang)(yang)(yang)(yang)離子(zi)脂(zhi)進(jin)(jin)行作用(yong)(yong)，沿(yan)陽(yang)(yang)(yang)(yang)離子(zi)交換樹(shu)(shu)脂(zhi)遷至陽(yang)(yang)(yang)(yang)膜(mo)(mo)，透(tou)過(guo)進(jin)(jin)入(ru)(ru)濃(nong)室(shi)(shi)(shi)。同(tong)(tong)時(shi)(shi)，在(zai)(zai)陽(yang)(yang)(yang)(yang)極(ji)板上發生(sheng)(sheng)(sheng)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)電(dian)化學反(fan)提供(gong)大量H+用(yong)(yong)于陽(yang)(yang)(yang)(yang)室(shi)(shi)(shi)內樹(shu)(shu)脂(zhi)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)。陽(yang)(yang)(yang)(yang)室(shi)(shi)(shi)出水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)進(jin)(jin)入(ru)(ru)，此時(shi)(shi)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)中陽(yang)(yang)(yang)(yang)離子(zi)基本只剩(sheng)下H+，陰(yin)(yin)離子(zi)通(tong)過(guo)傳用(yong)(yong)開始向濃(nong)室(shi)(shi)(shi)遷移(yi)，同(tong)(tong)理，在(zai)(zai)陰(yin)(yin)極(ji)板上水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)電(dian)化應(ying)(ying)會提供(gong)大量OH-，對陰(yin)(yin)室(shi)(shi)(shi)內樹(shu)(shu)脂(zhi)進(jin)(jin)行再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)，最現了水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)脫鹽和樹(shu)(shu)脂(zhi)的(de)(de)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)，電(dian)極(ji)反(fan)應(ying)(ying)如(ru)下：

陰極：2H2O+2e→H2↑+2OH-

陽極：2Cl--2e→C12↑

H2O-2e→0.5O2↑+2H+

但是，分置式填(tian)充(chong)(chong)也存在一(yi)(yi)定的(de)不足。在陽室由于電(dian)場的(de)作用(yong)(yong)，陰離子移至陽極(ji)板(ban)上發生(sheng)電(dian)化應(ying)，產(chan)生(sheng)氣(qi)體(ti)，如Cl2，水(shui)的(de)電(dian)化學反應(ying)產(chan)生(sheng)一(yi)(yi)定O2；在陰室中，水(shui)的(de)電(dian)化學反應(ying)產(chan)生(sheng)一(yi)(yi)定量的(de)因而，分置式填(tian)充(chong)(chong)膜(mo)(mo)(mo)堆需要(yao)在出水(shui)口(kou)配置脫氣(qi)裝同時(shi)，由于產(chan)生(sheng)Cl2，對(dui)離子交(jiao)換樹脂和膜(mo)(mo)(mo)產(chan)生(sheng)氧用(yong)(yong)，會降低其使用(yong)(yong)壽命。分置式膜(mo)(mo)(mo)堆還存在一(yi)(yi)定的(de)局限(xian)性，其產(chan)水(shui)量較(jiao)面對(dui)的(de)還只是實(shi)驗(yan)室等需水(shui)量較(jiao)小的(de)使用(yong)(yong)對(dui)象(xiang)。增加(jia)單個膜(mo)(mo)(mo)堆的(de)產(chan)水(shui)量，需要(yao)多個膜(mo)(mo)(mo)對(dui)單元(yuan)并由于每個膜(mo)(mo)(mo)對(dui)單元(yuan)都(dou)需要(yao)一(yi)(yi)套(tao)陰、陽極(ji)板(ban)，會極(ji)增加(jia)成本。目前此類膜(mo)(mo)(mo)堆還未能商業化。

3、前景展望

EDI技(ji)術經過(guo)近(jin)20年的(de)(de)(de)產業化已經在多個領域得到(dao)了廣(guang)泛推(tui)廣(guang)應(ying)用(yong)，顯示出(chu)廣(guang)闊的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)前景。同(tong)時也(ye)應(ying)當看(kan)到(dao)，膜(mo)堆(dui)(dui)填(tian)(tian)充(chong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)選擇以及合理的(de)(de)(de)填(tian)(tian)充(chong)方(fang)(fang)式是這項技(ji)術的(de)(de)(de)關鍵，國內(nei)研(yan)(yan)究人員(yuan)能(neng)(neng)夠利用(yong)國產材(cai)(cai)料(liao)研(yan)(yan)制(zhi)出(chu)具有(you)(you)(you)自主(zhu)知識產權(quan)的(de)(de)(de)膜(mo)堆(dui)(dui)，有(you)(you)(you)力地促進了我國EDI技(ji)術的(de)(de)(de)自主(zhu)開(kai)發(fa)。目前，EDI過(guo)程有(you)(you)(you)些實驗現象還不能(neng)(neng)得到(dao)合理的(de)(de)(de)解釋，因而有(you)(you)(you)必要對不同(tong)填(tian)(tian)充(chong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)EDI過(guo)程做進一(yi)步理論研(yan)(yan)究。同(tong)時，新(xin)型填(tian)(tian)充(chong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)發(fa)也(ye)是一(yi)個重點，需(xu)盡快研(yan)(yan)發(fa)出(chu)性能(neng)(neng)優異、使用(yong)方(fang)(fang)便(bian)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)，避(bi)免煩瑣的(de)(de)(de)手工(gong)(gong)填(tian)(tian)充(chong)。最后還需(xu)根據(ju)不同(tong)填(tian)(tian)充(chong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)，設計更加(jia)合理的(de)(de)(de)填(tian)(tian)充(chong)方(fang)(fang)式，充(chong)分發(fa)揮(hui)填(tian)(tian)充(chong)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)特(te)性，最終將EDI膜(mo)堆(dui)(dui)生產過(guo)程標準化，實現真正意義(yi)上(shang)的(de)(de)(de)規(gui)模化工(gong)(gong)業生產。

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