专利名称：电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法
技术领域：
本发明涉及电化学技术领域，特别是涉及一种电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法。
背景技术：
电解-电渗析(Electrolysisand electrodialysis device,简称 “EED”)是一种高效电化学浓缩方法，又称为离子交换隔膜电解法或膜电解法，也可用作特定化学品的电化学合成。电解-电渗析已在热化学碘硫循环(IS循环)分解水制氢工艺中获得应用。IS循 环是一种高效、清洁的规模制氢方法，尤其引人瞩目的是该方法有望与核能供热(如由高温气冷堆供热)相耦合。IS循环中氢气是由HI-I2-H2O混合物(即含碘氢碘酸，简称HIx)中的碘化氢(HI)分解而得，但由于HI与H2O之间会形成摩尔比I :5的恒沸物，因此对HIx采用直接蒸馏或精馏时，尽管可获得HI，但会有大量的热能被用于水的蒸发，工艺的经济性将显著降低。鉴于此情况，国内外研究者提出首先对HIx进行EED浓缩，使HIx中HI的浓度提高，超过恒沸组成，即HI:H2OM : 5，则在蒸馏/精馏过程中，HI会大量蒸出，而水的蒸出量很少，在优化工艺后，甚至可得到纯HI气体，非常有利于IS工艺整体效率的提高。HIx的EED具体原理是当阴、阳两极都有HIx物料流过时，H+在电场作用下，穿过质子选择性透过膜，由阳极区进入阴极区，同时在两极板上发生如下电极反应阳极2r_2e—I2阴极I2+2e—2Γ综合起来的结果是，阳极区H+、Γ减少，I2增多，而阴极区I2减少，H+、Γ增多，SPHI在阴极区获得了浓缩。针对以上过程，准确评估相关装置对HI的浓缩效率，是对该工艺进行工业化设计和应用的前提。目前通用的评价方法主要是根据发生电化学反应和质子传递后，阴、阳两极料液质量和组成的变化，确定整个EED过程中通过单位电荷时，由阳极液通过质子选择性渗透膜进入阴极液的H+数，以及渗析至阴极液的H2O分子数目，以此评价电解-电渗析效率，以上两个特征值分别用表观质子传递数t+和表观水渗析系数β w来体现，具体计算方法是以阴极物料的变化计算/
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Δ ''Γβ (C)= nHf
X yi η!以阳极物料的变化计算(A) = ^hlL
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R (』)二，Hhp
w AnHI上述公式中t+(C)和t+(A)分别是以阴极侧物料和阳极侧物料计算的表观质子传递数；Pw(C)和i3w0V)分别是以阴极侧物料和阳极侧物料计算的表观水渗析系数；F是法拉第常数，其值为26. 8A-h ； Ar JP别为分别阴极料液中HI和H2O的物质的量的增加值(mol) ； 和分别为阳极料液中H^PH2O的物质的量的减少值(mol) ;1指电解-电渗析操作的电流强度(A) ;t是电解-电渗析操作时间(h) ;N是电解-电渗析池所包含的处理单元数。但是，目前报道的表征EED浓缩效率的表观质子传递数t+和表观水渗析系数β w的计算方法并不准确，主要是由于EED操作后，其电解-电渗析池及附属管 道内含有大量的料液，阴、阳两极的浓度差别较大，特别是阳极物料中含有大量的碘，其密度、粘度均较大，在这种情况下，也就无法准确估算设备内部残存料液的质量，难以准确计算上述公式中的匕nK X取Δ42 ;等数值，最终致使t+和Pw计算不准确。而电解-电渗析池一般是靠夹具紧固，拆卸池体并收集阴、阳极区残存料液较为困难，且所涉及料液为强腐蚀性。一些研究者采用I) EED处理后拆开池体，收集两极残留料液的方法，2)对使用前的干池体-管道与使用后的池体-管道进行称重，估算阴、阳极各自的残留料液质量等方法，计算了 t+和 Pw 数值(International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 33, 2008, 6913-6920),但由于前述原因，获得的数据很少，且误差较大。相关研究者(Journal of MembraneScience, Vol. 346, 2010, 136-142)进一步提出了理论计算法来推导t+和Pw数值,但其计算前提是假设EED过程中t+和β w均为常数，并需要一系列的数据点进行绘图，再以曲线外延推导出t+和Pw数值，其操作较为繁杂，工作量也比较大。因此开发出一种快捷、准确的t+和Pw数值计算方法，对EED的研究和实际应用非常有必要性。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明提供一种电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法，用以提供一种快捷、准确的t+和β w数值计算方法。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法，其特征在于，包括SI 电解-电渗析处理前,称量阴极初始料液质量Mcxi和阳极初始料液质量Maci,并通过化学分析和物料衡算获得阴极初始料液中HI和H2O的质量摩尔浓度C= Cl。以及阳极初始料液中HI和H2O的质量摩尔浓度C: 'Cff2O ；S2 :将所述阴极初始料液和阳极初始料液分别输送至电解-电渗析池的阴极区和阳极区，进行电解-电渗析处理；S3 :电解-电渗析处理结束后，称量得到的阴极终止料液质量Ma和阳极终止料液质量MAt，通过化学分析和物料衡算获得阴极终止料液中HI和H2O的质量摩尔浓度Cf:、Cl。以及阳极终止料液中HI和H2O的质量摩尔浓度cZ、CaHi。·,S4 :以含碘离子的水溶液为洗涤液Al，称重后将洗涤液Al输送进入电解-电渗析池的阳极区及阳极区的附属管线进行洗涤，对洗涤后的洗涤液Al进行称重，计算得出洗涤前后洗涤液Al的质量增加值Λ Mai ；S5 :以去离子水为洗涤液Α2，称重后将洗涤液Α2输送进入电解-电渗析池的阳极区及阳极区的附属管线进行洗涤，对洗涤后的洗涤液Α2进行称重，计算得出洗涤前后洗涤液Α2的质量增加值Λ Ma2 ；S6 以含碘离子的水溶液为洗涤液Cl，称重后将洗涤液Cl输送进入电解-电渗析池的阴极区及阴极区的附属管线进行洗涤，对洗涤后的洗涤液Cl进行称重，计算得出洗涤前后洗涤液Cl的质量增加值AMci ；S7 :以去离子水为洗涤液C2，称重后将洗涤液C2输送进入电解-电渗析池的阴极区及阴极区的附属管线进行洗涤，对洗涤后的洗涤液C2进行称重，计算得出洗涤前后洗涤液C2的质量增加值AMc2 ；S8 :根据公式 Δ Meed= (Mco+Mao) - (Mct+MAt+ Δ Mai+ Δ Ma2+ Δ Mci+ Δ Mc2)计算电解-电渗析处理以及洗涤后电解-电渗析池内残存料液的质量AMeed ；S9 :利用下面的公式计算电解-电渗析处理后的表观质子传递数t+和表观水渗析系数3W，以阴极料液的变化计算
权利要求
1.一种电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法，其特征在于，包括 ..51电解-电渗析处理前,称量阴极初始料液质量Mcxi和阳极初始料液质量Maci,并通过化学分析和物料衡算 获得阴极初始料液中HI和H2O的质量摩尔浓度C1=以及阳极初始料液中HI和H2O的质量摩尔浓度、C; ^. .52:将所述阴极初始料液和阳极初始料液分别输送至电解-电渗析池的阴极区和阳极区，进行电解-电渗析处理； . 53:电解-电渗析处理结束后，称量得到的阴极终止料液质量Mtt和阳极终止料液质量MAt，通过化学分析和物料衡算获得阴极终止料液中HI和H2O的质量摩尔浓度、CCHiM及阳极终止料液中HI和H2O的质量摩尔浓度、C4h/， .54:以含碘离子的水溶液为洗涤液Al，称重后将洗涤液Al输送进入电解-电渗析池的阳极区及阳极区的附属管线进行洗涤，对洗涤后的洗涤液Al进行称重，计算得出洗涤前后 洗涤液Al的质量增加值AMai ； .55:以去离子水为洗涤液A2，称重后将洗涤液A2输送进入电解-电渗析池的阳极区及阳极区的附属管线进行洗涤，对洗涤后的洗涤液A2进行称重，计算得出洗涤前后洗涤液A2的质量增加值Λ Ma2 ； .56:以含碘离子的水溶液为洗涤液Cl，称重后将洗涤液Cl输送进入电解-电渗析池的阴极区及阴极区的附属管线进行洗涤，对洗涤后的洗涤液Cl进行称重，计算得出洗涤前后洗涤液Cl的质量增加值Λ Ma ； . 57:以去离子水为洗涤液C2，称重后将洗涤液C2输送进入电解-电渗析池的阴极区及阴极区的附属管线进行洗涤，对洗涤后的洗涤液C2进行称重，计算得出洗涤前后洗涤液C2的质量增加值AMc2 ；.58:根据公式 Λ Meed = (Mco+Mao) - (Mct+MAt+ Δ Mai+ Δ Ma2+ Δ Mci+ Δ Mc2)计算电解-电渗析处理以及洗涤后电解-电渗析池内残存料液的质量AMeed ； .59:利用下面的公式计算电解-电渗析处理后的表观质子传递数t+和表观水渗析系数 以阴极料液的变化计算..t
2.根据权利要求I所述的电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法，其特征在于，洗涤液Al为碘化钠、碘化钾、碘化氢或其混合物的水溶液，且洗涤液Al中碘离子的浓度为O. 05 7mol/L。
3.根据权利要求I所述的电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法，其特征在于，洗涤液Cl为碘化钠、碘化钾、碘化氢或其混合物的水溶液，且洗涤液Cl中碘离子的浓度为O. 05 7mol/L。
4.根据权利要求I所述的电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法，其特征在于，步骤S4中将洗涤液Al分成Γ5份，进行多次洗涤。
5.根据权利要求I所述的电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法，其特征在于，步骤S5中将洗涤液A2分成Γ5份，进行多次洗涤。
6.根据权利要求I所述的电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法，其特征在于，步骤S6中将洗涤液Cl分成Γ5份，进行多次洗涤。
7.根据权利要求I所述的电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法，其特征在于，步骤S7中将洗涤液C2分成Γ5份，进行多次洗涤。
全文摘要
本发明属于电化学技术领域，公开了一种电解-电渗析装置对含碘氢碘酸中碘化氢浓缩效果的评价方法。本发明所提供的评价方法通过用含碘离子的洗涤液和去离子水来多次洗涤电解-电渗析处理后的电解-电渗析池，计算出所使用的含碘离子的洗涤液和去离子水洗涤前后的质量差，并根据质量守恒定律衡算出电解-电渗析池内残存料液的质量，从而降低了电解-电渗析池内残存料液造成的评价误差，且不需要拆开电解-电渗析池，整个过程简便快捷，可操作性强，具有较高的实用价值。
文档编号G01N5/02GK102854082SQ20121031407
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者陈崧哲, 王仁玲, 张平, 王来军, 徐景明 申请人:清华大学
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