溶液中離子的交換和濃縮方法與流程

2023-12-05 19:49:21 4

本發明涉及一種溶液中離子的交換和濃縮方法，尤其是涉及一種利用陰離子膜和陽離子膜、陰離子樹脂、陽離子樹脂的組合應用方法，屬於離子分離技術領域。

背景技術：

在水處理、包括海水淡化、化工生產、化工分離與化學反應、輕工與食品、原子能等工業領域，常涉及水中各種陰陽離子的交換或轉換，或分離脫除或濃縮回收，以及有機物與水、酸、鹼、鹽等不同種類物質的分離、脫水、提純和濃縮以及複分解反應問題。因為化學工業的發展，水汙染以及淡水的匱乏已經影響到經濟的可持續發展，水處理和淨化是一個必須從技術上有新的突破的領域。

技術實現要素：

本發明的溶液中離子的交換和濃縮方法要解決的問題是：現有的擴散滲析及Donnan擴散滲析中沒有額外驅動力的問題，以及隨著擴散的進行，驅動力不斷減小，阻力不斷增加，有驅動力不足的問題。本發明的方法，用於從溶液中，尤其是從廢水中提煉有價值的資源，或用無害離子替換有害離子使之無害化，或完全脫除水中陰陽離子實現水的淨化處理，或實現不同物質間離子的互換，產出所需要的物質。

本發明特別地還提供了利用陰、陽離子交換膜的選擇透過性，以及離子的濃差擴散效應，通過將溶液中的陽離子轉換為銨根離子，將溶液中的陰離子轉換為碳酸根或碳酸氫根離子，使溶液中原來陰陽離子所對應的化合物轉化為容易揮發析出的碳酸銨、碳酸氫銨。下述的溶液和置換溶液是為了描述的方便而建立的一種相對的概念，實際使用時，並沒有實質的區別。

本發明的一種溶液中離子的交換和濃縮方法，其包括：

步驟1、以銨根離子置換溶液中的陽離子；

步驟2、以碳酸氫根離子或碳酸根離子置換溶液中的陰離子；

上述步驟1和步驟2的順序可以互換；所述的銨根離子、碳酸氫根離子、或碳酸根離子來自於置換溶液中；且置換溶液中的離子濃度最好較高，或者是飽和溶液，以增加離子擴散驅動力。

溶液中的陽離子及陰離子的交換分別通過陽離子膜及陰離子膜；或分別通過陽離子樹脂及陰離子樹脂；較優地，陽離子膜為弱酸性陽離子膜，陰離子膜為弱鹼性陰離子膜；或較優地，陽離子膜為中性陽離子膜，陰離子膜為中性陰離子膜。

因為，在置換溶液中銨離子濃度高於海水或廢水中陽離子濃度的情況下，可以推測，在銨離子通過陽離子膜擴散的路徑上，若膜為強酸性膜，則與膜上帶負電荷的基團形成偏酸性的銨鹽，即在膜中遷移的銨離子附近質子濃度較高，發生淌度高的質子反向遷移，不能達到使海水或汙水中陽離子被銨離子交換的效果，實驗中則發現海水或汙水中的鹽分只有少量降低，卻產生大量的氨氣析出。因此，強酸性膜的實際效果是促進了水解，在進入海水或廢水溶液時，銨離子與氫氧根離子結合維 持電中性，而氫離子反向遷移進入置換溶液中也維持了溶液的電中性。而在置換溶液中銨離子濃度低於膜另一側溶液中陽離子濃度的情況下，則所述的陽離子可以擴散進入置換溶液中，但銨離子應該是被去質子化後轉化為氨而析出，生成的質子交換進入被置換的溶液中。此一現象，可以應用於包括含氨氣即含氫氧化銨水中銨離子或銨鹽的部分分解反應，以便脫除溶液中的銨離子，比如，本發明中淡化後的海水中的氨，尤其是利用各種酸中的氫離子通過強酸性陽離子膜作為陽離子催化促使水中銨離子去質子化的應用。

因此，為了充分利用置換溶液中的銨離子交換溶液中的陽離子，較優地，陽離子膜選用弱酸性陽離子膜，以避免高淌度的質子的影響，或者，陽離子膜選用中性陽離子膜，避免水解離的發生及對膜兩側離子互相交換的影響。另外，通過在置換溶液中的銨鹽溶液中加入氨水的方法，調節pH值大於7，則起到抑制強酸性陽離子膜上基團的水解提供質子的作用，因此置換溶液中的銨鹽溶液最好加入氨水。

同理，強鹼性陰離子膜提供了氫氧根與碳酸氫根離子的無效交換，或與碳酸根離子的部分無效交換，但類似地，可以利用此現象用於廢水中碳酸氫根或碳酸根離子的脫除；也因此，較優地，陰離子膜選用弱鹼性或中性陰離子膜，以避免離子膜兩側陰離子的無效交換。

所述溶液經步驟1處理後，再經步驟2進行處理；最優地，溶液分為兩部分，各自同時地分別經步驟1和步驟2進行處理，處理後的兩部分進入混合容器中，混合後的溶液再循環進行步驟1和步驟2的處理。

為了降低溶液中的離子濃度，增加有效擴散驅動力，增加

步驟3、析出步驟1及/或步驟2中或在混合容器中生成的碳酸銨、碳酸氫銨、二氧化碳、或氨；

步驟4、循環步驟1、2、3中所述的溶液，直至所述溶液中離子的含量降低至設計要求。

為了獲得從溶液中濃縮的提取物，增加

步驟5、析出所述置換溶液中來自所述溶液中的陽離子和陰離子分別與置換溶液中的陰離子和陽離子生成的鹽；

可選的但不限於所述的析出方法有冷卻結晶、濃縮結晶；及

步驟6、循環經步驟5處理後的溶液，分別作為步驟1、步驟2中的置換溶液；

隨著擴散滲析的進行，置換溶液中用於置換溶液中離子的銨根離子、碳酸根離子或碳酸氫根離子濃度不斷降低，為了保持適當的高濃度，增加

步驟7、補充置換用的銨鹽、和碳酸鹽、碳酸根鹽，保持置換溶液中相應離子的濃度；其中，步驟6、7是可選的步驟。

上述的銨根離子來源於氨水、銨鹽或氨水與銨鹽的混合物；所述的銨鹽為氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硝酸銨、硫酸銨、磷酸銨、亞硝酸胺、亞硫酸銨、硫氰酸銨；碳酸根或碳酸氫根離子來源於碳酸鹽或碳酸氫鹽；所述的碳酸鹽為碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉。

上述具體化合物的選擇應該以經濟成本為主要考量，以及目標產物的設定，兼顧工業化操作的方便性。

當陽離子及陰離子的交換分別通過陽離子膜及陰離子膜時，特別地，所述的步驟2中置換溶液中的陰離子還可以是氫氧根離子；所述氫氧根離子來源於氨水或鹼。

上述的溶液中離子的交換和濃縮方法可用於海水、製漿汙水、電鍍汙水、紡織皮革汙水、溼法冶金汙水、生物質酸水解溶液、含電解質離子的工農業生產過程中產生的各種含酸、鹼、鹽的汙水。

在應用於海水淡化時，優選的步驟1的置換溶液為飽和的或高濃度的氯化銨，最優地，在氯化銨溶液中加入氨水，使置換溶液偏鹼性，步驟2的置換溶液碳酸氫銨、碳酸銨或碳酸銨與氨水的混合溶液。使海水中的陽離子如鈉、鉀、鈣、鎂、鍶等轉化為氯化物，濃縮提取後作為產品；使海水中的陰離子如氯離子、硫酸根離子、碳酸根離子、硝酸根離子、溴離子、氟離子等轉化為銨鹽並濃縮；該銨鹽可以循環回用作為置換溶液中銨根離子的供體物質。

在應用於含鹼性汙水處理時，利用所生成的氫氧化銨分解析出氨氣的特點，通過鼓氣泡揮發析出，或減壓揮發析出氨氣，直接利用前述的步驟1而無須利用步驟2即可達到脫除鹼性的目的，優選的步驟1的置換溶液為飽和的或高濃度的氯化銨，以便利用大多數氯離子的鹽溶於水的特點，避免在膜中或膜表面形成沉澱；或者根據產品需要選用硫酸銨、硝酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨或碳酸銨與氨水的混合溶液。若脫除鹼性後的溶液中還含有其它鹽離子，則再採用前述的步驟1和步驟2聯合進行處理，達到徹底處理汙水的目的。典型的含鹼性汙水有製漿造紙黑液、紡織皮革汙水、氰化物提取貴重金屬後的廢水。在鹼性製漿汙水處理時，最優地，利用碳酸氫銨作為置換溶液，獲得碳酸氫鈉溶液，再將碳酸氫鈉碳化轉化為燒鹼，回用於製漿工段。製漿造紙黑液脫除鹼性後，黑液含有大量的有機質，可以直接作為灌溉施肥用水。紡織皮革汙水、氰化物提取貴重金屬後的廢水則在脫除鹼性後，廢水中仍然含有有害的離子，如鉻酸根離子、含砷酸根離子、其它重金屬離子等，因此，需要進一步採用前述的步驟1和步驟2聯合進行處理，達到徹底處理汙水的目的。尤其是氰化物提取貴重金屬後的汙水，當鹼性脫除後或在脫除的過程中，絡合物發生分解，可沉澱的金屬氰化物發生沉澱，或發生氰化氫、氰化銨的揮發析出。

在應用於含酸汙水處理時，濃酸可以先經擴散滲析進行回收，殘餘的稀酸廢水利用前述的步驟2可單獨進行中和處理，或利用前述的步驟1和步驟2聯合進行處理，達到徹底處理汙水的目的。典型的含酸汙水有電鍍廢水、酸洗汙水、生物質酸水解含糖溶液。步驟1的置換溶液中的銨根離子置換濃縮出廢水中的各種金屬離子，步驟2的置換溶液的陰離子置換濃縮出廢水中的有害離子如含鉻酸根離子、含砷酸根離子等。

總之，若所述的待處理溶液中含有銨根離子或氫離子，則所述的步驟1可以省略不用；若所述的待處理溶液中含有碳酸根離子或碳酸氫根離子或氫氧根離子，則所述的步驟2可以省略不用。

本發明的一種鹽的生產方法，利用權利要求1-5中的離子的交換和濃縮方法，其包括：以氯化鉀、氯化鈉溶液分別作為權利要求1中所述的溶液，以碳酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨、亞硫酸銨、硝酸銨、或亞硝酸銨溶液、或前述銨鹽與氨水的混合溶液作為權利要求1中步驟1中的置換溶液；以碳酸銨、或碳酸氫銨、或碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、或氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰作為權利要求1中步驟2中的置換溶液；為了加快反應速度，反應物的濃度最好都較高或者飽和。在步驟1中的置換溶液中分別生成對應的碳酸鉀、碳酸氫鉀、硫酸鉀、亞硫酸鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀，碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉、 亞硫酸鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉。

本發明的一種鹼的生產方法，利用權利要求1-5中的離子的交換和濃縮方法，其包括：以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰溶液分別作為權利要求1中所述的溶液，以氨水溶液作為權利要求1中步驟1中的置換溶液；以碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、或氫氧化鋰作為權利要求1中步驟2中的置換溶液；

在步驟1中的置換溶液中分別生成對應的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰；為了減少所生成的鹼對氨的電解離的影響，應及時將產物鹼移除出置換溶液或進行現場應用於鹼參與的化學反應。所得鹼可作為上述海水淡化中步驟2的置換溶液，海水淡化過程中析出的氨作為生產鹼的原料，形成可循環過程。

或者，以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰濃溶液或飽和溶液分別作為權利要求1中所述步驟2中的溶液，以氨水溶液作為步驟2中的置換溶液，在該步驟2中的溶液中分別生成對應的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰以及對應殘餘的鹽；

進一步地，將所得含鹼及殘餘鹽分的溶液作為權利要求7中所需要的氫氧根離子的來源；

進一步地，以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰濃溶液或飽和溶液同時通過2個獨立的陰離子膜【即相當於容器的兩側是由陰離子膜所組成】分別同時與氨水及海水或廢水進行交換，間接地提高與海水或廢水進行交換的氫氧根離子濃度，解決弱電介質氨水中銨離子濃度低的問題。

具體實施方式

實施例1

本實施例提供一種新的海水淡化、含酸鹼鹽的汙水處理的方法，作為示範例示範任何溶液中離子的交換和濃縮方法，是採用簡單的擴散滲析或Donnan滲析法。該新方法集中了Donnan擴散滲析和離子交換法兩者的優點，也克服了Donnan滲析驅動力低的問題，即可以開闢新的應用領域，也可以部分應用於當前離子交換樹脂業已在用的領域。其包括：

步驟1、實驗中，最好是弱酸性或中性陽離子膜為Donnan滲析裝置中的擴散滲析膜，該膜被夾緊在兩個開孔直徑為3釐米並對接的尼龍件之間，膜的有效面積為3釐米直徑圓，每個尼龍件開孔深度為1.5釐米，減少深度有利於溶液的均勻流動性。膜兩側形成第一和第二2個膜室，膜室邊側各有2個連接口連接進出水流的導管。以食用氯化鈉溶液模擬海水，最優地，以氯化銨溶液為本步驟的置換溶液，若所用陽離子膜為強酸性膜，則在氯化銨溶液中加入氨水，使pH值大於7，並經隔膜泵泵送至第一膜室，並循環回流，流速25ml/min；模擬的海水經微型泵泵送至第二膜室，並循環回流，流速1000ml/min。在本循環中，海水經接觸所述的陽離子滲析膜滲析後，部分鈉離子被銨離子所置換。

步驟2、利用與步驟1同樣結構的另一尼龍件，以碳酸氫銨或碳酸銨溶液或碳酸銨與氨水的混合溶液或氨水溶液為本步驟的置換溶液，最好是弱鹼性或中性的陰離子膜為Donnan滲析裝置中的擴散滲析膜。碳酸鹽置換溶液經隔膜泵泵送至第一膜室，並循環回流，流速25ml/min；海水經微型泵泵送至第二膜室，並循環回流， 流速1000ml/min。在本步驟中，海水經接觸所述的陰離子滲析膜滲析後，部分海水中的陰離子，主要為氯離子被碳酸根離子所置換。在利用強酸性陽離子膜和強鹼性陰離子膜作為交換膜時，最優地，首先使海水中的陰離子置換率達到10％以上後，再進行從步驟1到步驟2再到步驟1的循環；或者首先在步驟1使海水中的陽離子被銨離子置換率達到10％以上後，再進入步驟2中進行循環處理。

步驟3、每隔1小時或3小時，將經步驟2處理後的海水輔以曝氣，攪拌減壓揮發，促進溶液中的氯化銨和碳酸氫鈉、碳酸鈉或氫氧化鈉之間的反應，也促進溶液中的碳酸銨分解析出產物氨氣和二氧化碳；實際生產時，氨氣及二氧化碳回收後循環利用；或者使步驟2中的第二膜室始終處於曝氣或攪拌減壓揮發狀態，連續地移除碳酸銨產物，並回收和回用於碳酸銨置換溶液中。

步驟4、將步驟3中的溶液在充分脫除碳酸銨或氨產物後，返回至步驟1中，或部分返回步驟1，部分返回步驟2中進行同步循環處理，或進行從步驟1至步驟3的循環處理，直至待處理的溶液中的溶質含量降低到設定的要求。

上述過程中的氯化銨或氯化銨氨水溶液或碳酸銨溶液最好是飽和溶液，至少比海水中的待交換的離子濃度為高。海水中的陰離子經置換濃縮進入碳酸銨置換溶液中形成的氯化銨、硫酸銨等可經結晶分離提取，或直接作為步驟2中的氯化銨置換溶液循環使用，其中剩餘的碳酸銨可先經加熱揮發析出。海水中的陽離子經置換濃縮進入氯化銨置換溶液中形成的氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂等鹽分以濃縮、冷卻結晶方式析出。

實驗發現，在室溫25℃條件下，以強酸性陽離子膜作為滲透膜，鹽度值61.9ppt的氯化銨濃溶液為200ml置換溶液，鹽度值0.1ppt的自來水150ml為待處理溶液，3小時候。氯化銨的鹽度值降低為60.9，自來水的鹽度值升為0.2ppt，且在氯化銨溶液中伴有少量鹼性的氨氣揮發析出，應該是強酸性離子膜催化促進了氯化銨中銨離子的去質子化反應。將鹽度值33.7ppt的氯化鈉溶液替代自來水進行置換1小時候後，氯化銨溶液的鹽度值降為60.5ppt，且仍有少量的氨氣析出，氯化鈉溶液的鹽度值升為34.5ppt，因為同摩爾濃度的氯化銨測得的鹽度值要高於氯化鈉的鹽度值，說明了部分氯化鈉轉化為氯化銨。實驗發現，當氯化鈉的鹽度值降低時，如到約15ppt後，銨離子對鈉離子的置換效應很弱，主要的是銨離子的去質子化反應，並發出氨氣，使鹽水的pH值增加，但氯化鈉的鹽度值變化緩慢，只有氯化銨的鹽度值繼續明顯下降，應該是氯化銨轉化為氯化氫的緣故。為解決此一問題，需要採用非強酸性陽離子膜或者在氯化銨溶液中加入氨水，調節置換溶液的pH值大於7，實測氯化鈉溶液的鹽度增加明顯，達到鹽度高時的鹽度增加速度。同樣的現象也發生在強鹼性陰離子膜的情況，因此，在低鹽度情況下脫鹽，最好是非強鹼性陰離子膜，或者優先將海水中的陽離子轉化為銨離子後再進行陰離子膜的處理。

實驗結果顯示，總量為250ml的模擬海水溶液，在～20℃的常溫常壓下，經90小時累積滲析，通過以下步驟，尤其在使用強酸性陽離子膜的情況下，在步驟2中優先將海水中的氯化鈉轉化為碳酸鈉，使氯化鈉和碳酸鈉的重量比達到～70∶30，再進行步驟2的滲析，在步驟1中不斷攪拌析出碳酸銨氣。當步驟1中的碳酸鈉基本被置換後，即當鹽度計顯示的鹽度不再降低時，再返回到步驟2中循環處理，鹽度從36‰降至2.5‰【鹽度計為市售鹽度計SA287，並經飽和鹽水濃度進行校正】。在不影響整體滲析速度的前提下，最優的過程是能夠使海水中的氯化鈉儘可能多地先轉化為碳酸鈉，再經步驟1轉化為碳酸銨。由於膜的離子選擇性的限制，繼續降低鹽的濃度需要改善膜的離子選擇性。實驗過程中也發現，在膜的表面有白色的碳 酸鹽的沉積物，需要定時用酸溶液進行清洗清除。因為步驟2需利用碳酸鹽作為置換溶液，而碳酸鹽沉澱有損離子膜的性能，因此，最優地，加入碳酸鹽或氨水預先將待處理溶液中可形成碳酸鹽或鹼沉澱的物質進行沉澱析出，且最優的碳酸鹽沉澱劑為碳酸銨，以方便後續的析出處理。或者，利用氯化物易溶於水的特點，在利用弱酸性陽離子膜作為滲析膜的條件下，或在氯化銨鹽溶液中加入氨水調節pH值大於7的條件下，優先進行步驟1，再進行步驟2，並循環處理。

實驗發現，若陽離子膜為強酸性陽離子膜，在步驟1中以銨鹽作為置換溶液時，若海水中的陰離子在步驟2中沒有被碳酸根離子充分置換時，經初步檢測，碳酸鈉和氯化鈉的重量比未達到～20∶80以上時，合碳酸根與氯離子的離子個數比～1∶7.3，被置換的氯離子比例～12％，銨鹽主要發生自分解和自淨化的滲析效果【作為一種應用，可以用作為含銨離子廢水處理的方法，且置換溶液可以使用任何電解質溶液】，而不能發生與海水中陽離子進行的置換過程，即銨離子透過陽離子膜，與海水中電離出的氫離子【可能由於強酸性陽離子膜離解性強促進了水解】發生無效交換或發生自分解放出氫離子，形成電平衡，並部分轉化為氨氣釋放，結果顯示出海水的鹽度不減反增的效果。而當海水中有足夠的碳酸鈉存在時，則可以降低氫離子濃度，抑制銨離子的分解。因此，較佳地，陽離子膜最好選用非強酸型。同理，為了避免碳酸根離子或碳酸氫根離子與氫氧根離子的無效交換，陰離子膜最好選用非強鹼性陰離子膜。

當步驟1中析出的碳酸銨或氨氣飽和時，即放出濃烈的氨氣時，鹽度計顯示，溶液中的鹽度不再降低，顯示滲析基本停止，說明需要及時將碳酸銨產物移除出待處理溶液，促進銨離子的滲析。

實施例2

本實施例提供一種海水或廢水的淡化方法的示範例。將50g市售強酸性陽離子樹脂用飽和的氯化銨溶液浸泡6小時，即再生過程，將50g強鹼性陰離子樹脂用飽和的碳酸銨或碳酸氫銨溶液浸泡6小時。取出樹脂後用清水充分洗滌，並經離心脫除水分。先將模擬的海水150ml倒入經氯化銨處理過的陽離子樹脂中，經1小時置換反應後，將海水倒入先前處理過的陰離子樹脂中，經1小時置換反應後，完成一個置換循環後，再倒入陽離子樹脂中，循環3次後，測得鹽度從千分之35降低到千分之29，並伴有鹼性的氨氣析出。改用弱酸性陽離子樹脂和弱鹼性陰離子樹脂時，有類似的效果，但置換速度較慢。關於樹脂的再生，陽離子交換樹脂用銨鹽循環再生，碳酸根離子或碳酸氫根離子用碳酸鹽或碳酸氫鹽循環再生。可選的主要銨鹽為氯化銨、碳酸銨、碳酸氫銨、硫酸銨或硝酸銨，可選的主要碳酸鹽或碳酸氫鹽為碳酸銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫銨、碳酸氫鉀或碳酸氫鈉。樹脂法需要再生、清洗過程，是相比膜法的主要缺陷。

實施例3

本實施例提供一種新的單純含鹼汙水處理的方法，以製漿造紙廠汙水為例，其它鹼性廢水如紡織、皮革、溼法冶金廢水等可以進行類似的操作。將實施列1中模擬的海水替換為鹼性的製漿造紙廠汙水，最優地，以碳酸氫銨、碳酸銨作為置換溶液，提供銨根離子，僅經上述步驟1，常溫常壓下，經實驗測算出每平方米的陽離 子膜每小時可從含鹼約5％(重量)廢水中置換出約50g氫氧化鈉。實際使用時，含鹼廢水預先經擴散滲析進行鹼回收後，再進行銨根離子與鈉離子的置換處理；而在置換溶液中所得到的有價值的鈉的碳酸鹽，可以經過與石灰水的反應製取製漿用的燒鹼溶液以及碳酸鈣沉澱，實現鈉離子的全部回收利用。在煅燒碳酸鈣獲得氫氧化鈣的過程中，產生的二氧化碳氣體回收後，與回收的氨氣再行反應，生成的碳酸銨鹽循環作為置換溶液中的銨鹽。

實施例4

本實施例提供一種新的單純含酸溶液或含酸汙水的處理的方法，以生物質稀酸溶液為例，其它酸性廢水如電鍍、酸洗汙水、化學合成等廢水可以進行類似的操作。將實施列1中模擬的海水替換為3％硫酸酸水解農作物秸稈所得到的含糖溶液，最優地，以碳酸氫銨、碳酸銨作為置換溶液，提供碳酸氫跟或碳酸根離子，僅經上述步驟2，常溫常壓下，使硫酸根離子和碳酸氫根離子置換，而含糖溶液因碳酸的分解，而實現脫酸，置換溶液中的硫酸銨作為化肥實現其價值。實際使用時，含酸廢水預先經擴散滲析進行酸回收後，再進行置換處理。

實施例5

本實施例提供一種鹽的生產方法。以氯化鉀、氯化鈉溶液分別作為待處理溶液，以碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、硫酸銨、亞硫酸銨、硝酸銨、或亞硝酸銨溶液作為步驟1中的置換溶液，且陽離子膜最好為非強酸型膜；以碳酸銨、或碳酸氫銨、或碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、或氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰作為步驟2中的置換溶液，且陰離子膜最好為非強鹼型膜；

在步驟1的置換溶液中分別生成對應的碳酸鉀、碳酸氫鉀、硫酸鉀、亞硫酸鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀，碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸鈉、亞硫酸鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉。

實施例6

本實施例提供一種鹼的生產方法，利用離子的交換和濃縮方法，包括：以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰溶液分別作為待處理的溶液，以氨水溶液作為步驟1中的置換溶液；以碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨與氨水的混合溶液、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、或氫氧化鋰作為步驟2中的置換溶液；

在步驟1中的置換溶液中分別生成對應的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰；為了減少所生成的鹼對氨的電解離的影響，應及時將產物鹼移除出置換溶液或進行現場應用於鹼參與的化學反應。所得鹼可作為上述實施例1中海水淡化中步驟2的置換溶液，海水淡化過程中析出的氨作為生產鹼的原料，形成可循環過程。

或者，以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰濃溶液或飽和溶液分別作為步驟2中的溶液，以氨水溶液作為步驟2中的置換溶液，在該步驟2中的溶液中分別生成對應的氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰以及對應殘餘的鹽；在利用實施例1中的裝置實驗時，當在陰離子膜兩側的是氨水與氯化鈉濃溶液時，經1小時擴散滲析，氯化鈉溶液中的pH值明顯大於7，說明發生了陰離子的交換，在氯化鈉鹽溶液中生成了部分鹼。

進一步地，將所得含鹼及殘餘鹽分的溶液作為實施例1或5中所需要的氫氧根 離子的來源，尤其是步驟2中的待處理溶液中含有銨離子可形成氨氣揮發時；進一步地，以氯化鈉、氯化鉀或氯化鋰濃溶液或飽和溶液同時通過2個獨立的陰離子膜，即相當於一個容器的兩側是由兩張陰離子膜所組成，兩膜之間是濃或飽和的鹽溶液，膜的外側分別同時與氨水及置換轉化成為含銨離子的海水或廢水進行接觸交換，可測出pH值按預期地增加，達到了間接地提高與海水或廢水進行交換的氫氧根離子濃度，解決弱電介質氨水中銨離子濃度低的問題。所生成的鹼通過應用於實施例1或5中或其它耗鹼工藝中進行交換脫除後，再循環進行本實施例的滲析處理。

本各實施例提供的溶液中離子的交換和濃縮方法還可應用於分離各種含有溶解於水溶液中的有機物和無機物的汙水；非電解質參與的化學反應中(如有機物的氧化、滷化反應、磺化、硝化、氨解、水解)，使非電解質轉化成的電解質及產物或副產物中的離子化合物(如氯化氫、水以及廢棄的催化劑)及時析出，以促進非電解質轉化為電解質，如甲醇的氧化製造甲酸，糖發酵產物中有機酸的移除等；以及日常飲用水淨化；各種含有機物的混合溶液的脫離子濃縮；代替電滲析脫鹽提純等。