海洋化学工程课程 研究生期末考试试题

1. 请详述水盐体系相图绘制方法，并阐述其用途。

2. 请叙述对于一种新的吸附剂海水贵金属资源提取中的应用的研究你关注其哪些方面的特征？你将用哪些手段表征和测试，分别用于得到其哪些特性？ 3. 请阐述二氧化碳固定化的重要性，并列举四种固碳的方法，海水吸收二氧化碳的理论基础是什么。

4. 高级氧化技术主要用于处理哪类废水，其优势是什么？请列举四种高级氧化的方法，并分别说明其优点和缺点。

5. 电渗析技术适用于哪些污水处理场合？使用电渗析技术的优点和劣势分别是什么？

6. 请分别列举两种电驱动膜过程和两种压力驱动膜过程，并分别阐述其适用场合。你认为在海水淡化及海水资源利用中，这两类过程各自的优缺点是什么？哪些场合更适合用电驱动膜过程？

注：本试题为开卷考试，请在A4 纸上用黑笔作答。

1、 请详述水盐体系相图绘制方法，并阐述其用途。

相图的标绘按照连续原理和相应原理，一般按以下步骤进行：

a、 数据分析：主要分析出现的固相是单盐、水合物、复盐、水合复盐还是固体溶液，确定与饱和溶液平衡的固相种类、数据完整性等。

b、 坐标系的建立：根据组成方式及需要，选择不同的坐标系。二元体系相图绘制时，当以质量分数表示组成时，坐标横轴左边和右边分别表示纯水和纯盐，纵轴表示温度；三元体系相图绘制时，选用正三角形或等腰直角三角形。 c、 编号标点：按照序号将液相组成及固相逐一标于坐标系中。当有复盐的组成点与表示水的点用点划线连接，这条线叫“复盐射线”，当一种盐含量为零时，此时属于二元体系的点标点标在三角形的边上。

d、 连溶解度曲线：连线原则是将具有一个共同的平衡固相的液相点相连，若可连点只有两个，则连成直线，可连点有三个或三个以上则连成平滑的曲线。 e、 划分相区：划分原则是将共饱溶液点与平衡的两个固相点分别连成直线，同时这两个固相点也连成直线，但所做出的相区划分线不得相互穿过。

水盐体系相图是以几何图形表示水和盐组成体系，在稳定平衡或介稳平衡条件下，相的数目、种类、组成、存在条件和各相间的浓度关系，可预测体系中盐类的析出、溶解等转化规律，探索化工生产过程，确定最佳生产条件、制定最优工艺流程、获得最佳产率等。

2、请叙述对于一种新的吸附剂海水贵金属资源提取中的应用的研究你关注其哪些方面的特征？你将用哪些手段表征和测试，分别用于得到其哪些特性？

对于沸石法海水提钾的研究，我关注以下几个方面：

（1） 沸石的选型：因产地和品位的不同，性能差别较大，须经改性处理才

能满足实际应用的需要。

（2） 沸石对钾离子选择性及交换容量大小 。 （3） 钠钾离子在沸石内的反应机理。

（4） 沸石对钾离子吸附率及所得富钾液中钾离子含量。

采用X 射线衍射仪分析沸石晶相, 利用扫描电镜观察沸石的形貌, 利用比表面和孔隙度分析仪测定沸石比表面积。沸石中的SiO2含量的测定采用硅钼黄光度法，Al2O3含量测定采用吸光光度法，K2O 、Na2O 、Fe2O3 、MgO 、MnO 、

CaO 含量的测定采用原子吸收法，沸石中的水含量采用综合热分析仪测定。 3、请阐述二氧化碳固定化的重要性，并列举四种固碳的方法，海水吸收二氧化碳的理论基础是什么。

二氧化碳增多引起的温室效应，使两极冰川融化，致使海平面升高，危及沿海城市，使海岸地区土地盐碱化，增加开发难度，温度升高还使一些山顶的积雪融化，使以积雪融化为水资源的河流水量减少，甚至发生断流现象，影响这些地区的生产活动。大气温度的升高，造成海洋中吸收二氧化碳的某些藻类植物大肆繁殖，间接地影响渔业的繁殖，并使大气中的二氧化碳的增多走向恶性循环。所以使用一定的方法和技术来固定二氧化碳，对于减少温室效应具有重要的意义。

常用的固碳方法有：生物固碳、陆地碳封存、海洋碳封存、二氧化碳矿化利用的CCU技术及胺吸收等。

海水吸收二氧化碳的理论基础：（1）海水中的碳主要以HCO3-形式存在，并与H2CO3、溶解态CO2和CO32-构成相对稳定的庞大缓冲体系。（2）随着深度的增加，CO2会变得比海水致密，从而达到重力稳定状态，即在海水中存在负浮力带。（3）若海水深度足够大且富含CO2，则笼形的水分子能将CO2吸附于其中并形成CO2水合物，存在水合物形成带，有利于海洋碳封存。

4、 高级氧化技术主要用于处理哪类废水，其优势是什么？请列举四种高级氧化的方法，并分别说明其优点和缺点。

高级氧化技术主要用于处理含大量难降解有机物的废水，如印染废水、高浓度有机废水等，其优势在于反应中产生自由基基团，能在声、光、电等环境友好的催化剂作用下将大分子有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，较少的产生二次污染，高级氧化过程是一种物化过程容易控制，既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配，如可作为生化处理的预处理或深度处理，降低处理成本。 （1）Fenton氧化法：

优点：a、反应条件温和，设备简单，适用范围广。

b、既可作为单独处理技术应用，也可与其它处理过程相结合。

c、将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法，与其他处理方法(如生物法、混凝法等)联用，可以更好地降低废水处理成本，提高处理效率，拓宽该技术的应用范围。

缺点：a、使用的试剂量多，过量Fe2+增大处理后废水中的COD并产生二次

污染。b、有机物矿化不充分，形成的中间产物往往毒性更大。 （2）类Fenton氧化法

优点：a、降低了Fe2+用量，减少了Fe2+的二次污染，同时也保持了H2O2较高的利用率。

b、在pH=3左右，三价铁主要以Fe(0H)2+粒子形式存在，三价铁的羟基络离子可以与紫外光反应生成羟基自由基和亚铁离子，前者可直接氧化有机物，后者又可作为催化剂重新参与反应：Fe(0H)2+→ Fe2+ + HO·

缺点：hv/Fenton法可提高有机物的矿化程度，但能耗大、成本高。 （3）臭氧氧化法

优点：a、反应迅速,流程简单,没有二次污染问题。

b、用于污水处理可有效地消毒、除色、除臭、去除有机物和降低COD等。 缺点：a、单独的臭氧氧化法造价高、处理成本昂贵。

b、其氧化反应具有选择性，对某些卤代烃及农药等氧化效果比较差。 （4）过硫酸盐氧化法

优点：a、硫酸自由基氧化能力强，应用范围广，在酸性、中性、碱性体系中均有强氧化性，可氧化降解多种有机污染物。

b、既可单独使用，也可与其他方法联用，可以通过光热等条件对过硫酸盐进行活化，从而提高降解效果。

缺点：a、污染物处理不够彻底，反应所需时间较长。

b、过硫酸盐与部分有机染料发生反应时，溶液的颜色会发生变化，会对分析测量产生影响。

5、电渗析技术适用于哪些污水处理场合？使用电渗析技术的优点和劣势分别是什么？

电渗析法适用于含高盐分和危害性无机盐离子废水、高氧氮废水、造纸废水、含弱电解质有机物废水的处理场合。

优点：a、能耗低，当进料溶液浓度低时，消耗的电能较少。

b、使用寿命长，在电渗析过程中，由于水的解离会产生OH-，容易与溶液中钙，镁结合产生沉淀，但是通过倒极电滲析可以避免此现象的发生因此拓宽了电渗析的应用范围。由于没有渗透压的影响，电渗析可以得到的浓溶液浓度较高，

离子交换膜的化学稳定性和机械稳定性都相对反渗透膜较高，膜寿命较长。

c、操作简便，电渗析设备施加的电场为恒压直流电场，可以适应多种不同成分和含量的水质。操作参数少，设备装配方式简单，易于组装和操作。

d、无污染。电渗析法在清洗膜表面的污垢时只需加入低浓度的酸溶液，消耗药剂少，不污染环境。

缺点：

a、当溶液浓度较高时电耗较高。在电渗析浓缩制盐的应用中，盐的成本相对于盐田法制盐较高，只有在浓溶液和淡溶液在一定浓度范围内的时候才比较经济。

b、电渗析过程中所能除去的仅是水中的电解质离子，而对于不带荷电的粒子如水中的硅、硼以及有机物粒子则不能去除，若水中溴含量高时，电渗析的脱除效果也不理想。由于电渗析脱盐是以离子形式进行分离的，不解离的物质不能分离，解离度小的物质难以分离，对于水中的重碳酸根去除效率也较低，在接触某些高价离子，如铁、锰等离子时，会发生中毒现象，使膜永久性失效。 6、请分别列举两种电驱动膜过程和两种压力驱动膜过程，并分别阐述其适用场合。你认为在海水淡化及海水资源利用中，这两类过程各自的优缺点是什么？哪些场合更适合用电驱动膜过程？

电驱动膜过程主要包括：双极膜电渗析、电去离子技术。 压力驱动主要包括：超滤、纳滤。

双极膜电渗析：在普通电渗析的基础上添加了新型离子交换复合膜即双极膜，组成的电渗析单元。而双极膜是由阳离子选择层（其固定集团带负电荷、阴离子选择层其固定基团带正电荷和中间层而组成的复合膜，中间界面层通常是亲水性的。可以用来将某种电解质盐转化为其相应的酸和碱，并且此过程中不需要添加其他任何的化学试剂。

电去离子技术：将离子交换树脂填充在电渗析（比如普通电渗析的脱盐隔室）的某个隔室中，形成离子交换过程与电渗析技术的集成操作。它主要替代传统的离子交换混床来生产用于医药、电子、食品等工业的纯水，环保特性好，操作使用简便。

反渗透：反渗透技术是利用反渗透膜对溶液的选择透过性以及外界推动力的作用而克服渗透压以使溶剂通过渗透膜的逆向分离过程。适用于海水淡化、纯水、

超纯水制备、城市污水深度处理等范围。

纳滤：纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术，适用于工业废水的处理（包括电镀、纺织、染料制造业等废水），海水淡化的场合。

电驱动膜过程：用于实现海水浓缩和淡化，一方面可以用于制盐，另一方面也可以用于海水的淡化，于此同时也可以提取需要的微量元素，相对工艺流程短、占地面积小、产品纯度高、环境友好、产能易于控制等显著优点；但是也存在膜污染，需要定期的处理，存在一定的能耗，对膜种类要求较高，有电流密度，极化现象等缺点。

压力驱动膜过程：通常压力驱动膜过程利用不同的压力可以实现对海水不同物质的分离，分级，提纯或富化等，压力大小的不同决定了膜种类的不同，因此较高压力下对膜材料的要求也较为苛刻。可以根据所需要处理的物质大小或者压力的不同选择不同的处理方式，使用范围广。

电驱动膜可以进行物质的浓缩，达到反渗透无法达到的浓度;而电驱动膜可在EDI技术中制造高纯度的水，这些都是电驱动膜与压力驱动膜最大的不同处，具有一些压力驱动膜无法替代的作用。

用于处理有机酸、蛋白质类料液无机盐的去除

5、电渗析法可用于回收工业产生的废水中的重金属，用于很多水处理设备中，主要有海水淡化、制取纯水，还可用于食品生产、医药及化工分离等场合。 优点：电渗法还可以用于污水的深度处理，可以除去污水中的钠离子。要在使用电渗法之前要活性炭吸附水里的有机物、杂质等。在用电渗法对污水进行深度处理之后，能实现回收再利用。

在工业生产中的污水不只含有酸碱还含有重金属，如果这些重金属能回收就能实现资源的节约利用。使用电渗析法处理污水就能实现回收重金属，还可以实现水的再利用减少了污水的排放量。 污水处理技术应用电渗析法，可以将污水总游离的物质过滤掉，出水达到工业污废水回用标准，节约水资源，节约生产成本。 电渗析适用于化工、轻工、造纸、环境保护，食品生产、医药及化工分离等场合中均可用于污水处理。

电渗析的优点为： 能耗低，占地面积小。

操作简单，噪音低。

出水水质稳定，在脱盐过程中无相的变化。 污染环境小。

适用范围较广为 200-40000mg/h。

电渗析的缺点为： 安装较为复杂。

脱盐效果不太彻底一般为 75%。 水回收率低一般为 50%。

微虑：直接处理高悬浮固体浓度的原水,可以完全去除隐孢子虫、贾第虫、其他细菌等,常规水处理工艺不能完全去除这些生物