大 ,可在较短的时间内获得较高的碱回收率. 例如 ,
在实验时间为 30 min 时 , 阳极 1

的碱回收率为

194 % ,而阳极 1

# #

的碱回收率可达 93. 69 % ,比

阳极 1

高出近 23 个百分点 ;在碱回收时间方面也

随着变化 ,阳极 1

在实验时间为 60 min 时 ,碱回收

率为 85. 66 % ,在碱回收率相近时 ,用阳极 1

# #

的碱

回收时间缩短了一倍以上. 因此 ,增加阳极极水比对
草浆黑液的碱回收是极为有利. 另外 ,从图 2 碱回收
率图形可看出碱回收与时间变化有一拐点 ,这从阳
极极水比变化的角度说明碱回收率有最佳时间段.

2. 2. 2 　氢气的回收

氢气是一种发热值高、

无毒、

无污染、

清洁的能

源 ,在化工、

有机化合物的合成和加工、

制取单质等

方面有着非常广泛的应用. 而在 MA E 单阳膜技术
回收钠离子中 ,其阴极的放电反应就是析氢 ,如果将
其加以回收利用 ,提高了 MA E 单阳膜技术回收黑
液中碱的效益 ,而且增加了一种新的副产品.

在 MA E 单阳膜技术的阴极区 , 能放电的有

或 H

两种阳离子 ,但由于 Na

的析出电极电

势较 H

析出电极电势为低 ,因此 ,在阴极区参与电

极放电反应的只有 H

. H

在阴极上将发生的电极

反应可能包括以下 3 种步骤 (式中 M 代表金属电
极) :

(1) 电化学步骤

O + e

M …H

(吸附的氢原子)

+ O H

(2) 复合的脱附步骤

　　M …H + M …H

(3) 电化学脱附步骤

O + M …H + e

+ O H

通常 ,人们习惯用下式表示

2 H

O + 2e

↑+ 2OH

为使阴极放电反应能顺利进行 ,本研究选用价

格相对较低的铜电极 (在碱性条件下 ,氢在铜电极上
阴极析出时 ,塔菲尔公式中常数

和

的数值分别

为 0. 96 和 0. 12 ,铜电极属中超电势的电极材料 ;同
样铁电极也属于中超电势的电极材料 ,在碱性条件
下 ,塔菲尔公式中常数

和

的数值分别为 0. 76 和

0. 11 ,其性能略优于铜电极 ,但由于铁电极产生腐蚀
后的铁锈 ,极易污染 MA E 单阳膜装置 ,尤其是对离
子交换膜的污染极为严重 ,故选用铜电极为 MA E
单阳膜的阴极) ;同时为了能降低电流密度 (电流密
度低时能降低氢的析出电势 ,有利于氢的析出) 将铜

电极部分加工成网状结构.

图 3 为两种工艺条件 (区别在于阳极区的搅拌

状态 ,工艺条件 1 无搅拌、

工艺条件 2 有搅拌 ,其它

实验条件均相同) 时 ,部分实验氢气收值 (回收每吨
氢氧化钠时氢气回收值 ,L/ t) 与时间的关系. 结果
表明 :氢气回收量于 MA E 单阳膜的操作条件有关 ,
有搅拌时通过单阳膜装置的电流值相对较大 ,有利
于阴极上 H

放电 ,生成氢气的量 ,也随着增大. 因

此 ,操作条件的改变 ,对氢气的回收有一定的影响.

图

　氢气回收与时间及工艺条件的关系

Fig. 3

Relationship of hydrogen recovery - time

and technical conditions

2. 3 　阳极流出液的 COD

的变化

由于 MA E 单阳膜技术的阳极区内原黑液中的

还原性物质的氧化作用 ,使阳极区流出液所含可降
解的有机物量急剧下降 ,导致流出液的 COD

值也

急剧降低 ,这对生态环境的保护是非常有利的.

表 2 列出在操作电压为 5. 00 V ,不同电极时 ,

阳极流出液的 COD

值.

表 2 　COD

数值表

Table 2

Numerical table of COD

名　称

黑液

电极

COD

值

/ (mg

・

- 1

)

112 000

2 510

2 000

从表 2 中数据可看出 :经过 MA E 单阳膜技术

装置处理后流出液的 COD

值有明显下降 ;不同电

极材料对流出液的 COD

值有一定的影响 ,且阳极

的电化学氧化作用优于阳极 1

. 流出液的

COD

值从初始的 112 000 mg/ L 最低可降至 2 000

mg/ L 左右 ,下降了 95 %以上 ;同时流出液易发生霉

变 ,有利于流出液的生化降解. 此外 ,也将流出液合
并入造纸中段废水进行处理 ,从而最大程度降低了
黑液的污染 ,简化了造纸废水处理的工艺 ,降低了造
纸废水的处理成本. 从环保和经济角度 ,均说明了

MA E 单阳膜技术处理草浆黑液是可取的.

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膜　科　学　与　技　术

第

卷　