本发明涉及一种溶液中离子的交换和浓缩方法，尤其是涉及一种利用阴离子膜和阳离子膜、阴离子树脂、阳离子树脂的组合应用方法，属于离子分离技术领域。
背景技术：
在水处理、包括海水淡化、化工生产、化工分离与化学反应、轻工与食品、原子能等工业领域，常涉及水中各种阴阳离子的交换或转换，或分离脱除或浓缩回收，以及有机物与水、酸、碱、盐等不同种类物质的分离、脱水、提纯和浓缩以及复分解反应问题。因为化学工业的发展，水污染以及淡水的匮乏已经影响到经济的可持续发展，水处理和净化是一个必须从技术上有新的突破的领域。
技术实现要素：
本发明的溶液中离子的交换和浓缩方法要解决的问题是：现有的扩散渗析及Donnan扩散渗析中没有额外驱动力的问题，以及随着扩散的进行，驱动力不断减小，阻力不断增加，有驱动力不足的问题。本发明的方法，用于从溶液中，尤其是从废水中提炼有价值的资源，或用无害离子替换有害离子使之无害化，或完全脱除水中阴阳离子实现水的净化处理，或实现不同物质间离子的互换，产出所需要的物质。
本发明特别地还提供了利用阴、阳离子交换膜的选择透过性，以及离子的浓差扩散效应，通过将溶液中的阳离子转换为铵根离子，将溶液中的阴离子转换为碳酸根或碳酸氢根离子，使溶液中原来阴阳离子所对应的化合物转化为容易挥发析出的碳酸铵、碳酸氢铵。下述的溶液和置换溶液是为了描述的方便而建立的一种相对的概念，实际使用时，并没有实质的区别。
本发明的一种溶液中离子的交换和浓缩方法，其包括：
步骤1、以铵根离子置换溶液中的阳离子；
步骤2、以碳酸氢根离子或碳酸根离子置换溶液中的阴离子；
上述步骤1和步骤2的顺序可以互换；所述的铵根离子、碳酸氢根离子、或碳酸根离子来自于置换溶液中；且置换溶液中的离子浓度最好较高，或者是饱和溶液，以增加离子扩散驱动力。
溶液中的阳离子及阴离子的交换分别通过阳离子膜及阴离子膜；或分别通过阳离子树脂及阴离子树脂；较优地，阳离子膜为弱酸性阳离子膜，阴离子膜为弱碱性阴离子膜；或较优地，阳离子膜为中性阳离子膜，阴离子膜为中性阴离子膜。
因为，在置换溶液中铵离子浓度高于海水或废水中阳离子浓度的情况下，可以推测，在铵离子通过阳离子膜扩散的路径上，若膜为强酸性膜，则与膜上带负电荷的基团形成偏酸性的铵盐，即在膜中迁移的铵离子附近质子浓度较高，发生淌度高的质子反向迁移，不能达到使海水或污水中阳离子被铵离子交换的效果，实验中则发现海水或污水中的盐分只有少量降低，却产生大量的氨气析出。因此，强酸性膜的实际效果是促进了水解，在进入海水或废水溶液时，铵离子与氢氧根离子结合维 持电中性，而氢离子反向迁移进入置换溶液中也维持了溶液的电中性。而在置换溶液中铵离子浓度低于膜另一侧溶液中阳离子浓度的情况下，则所述的阳离子可以扩散进入置换溶液中，但铵离子应该是被去质子化后转化为氨而析出，生成的质子交换进入被置换的溶液中。此一现象，可以应用于包括含氨气即含氢氧化铵水中铵离子或铵盐的部分分解反应，以便脱除溶液中的铵离子，比如，本发明中淡化后的海水中的氨，尤其是利用各种酸中的氢离子通过强酸性阳离子膜作为阳离子催化促使水中铵离子去质子化的应用。
因此，为了充分利用置换溶液中的铵离子交换溶液中的阳离子，较优地，阳离子膜选用弱酸性阳离子膜，以避免高淌度的质子的影响，或者，阳离子膜选用中性阳离子膜，避免水解离的发生及对膜两侧离子互相交换的影响。另外，通过在置换溶液中的铵盐溶液中加入氨水的方法，调节pH值大于7，则起到抑制强酸性阳离子膜上基团的水解提供质子的作用，因此置换溶液中的铵盐溶液最好加入氨水。
同理，强碱性阴离子膜提供了氢氧根与碳酸氢根离子的无效交换，或与碳酸根离子的部分无效交换，但类似地，可以利用此现象用于废水中碳酸氢根或碳酸根离子的脱除；也因此，较优地，阴离子膜选用弱碱性或中性阴离子膜，以避免离子膜两侧阴离子的无效交换。
所述溶液经步骤1处理后，再经步骤2进行处理；最优地，溶液分为两部分，各自同时地分别经步骤1和步骤2进行处理，处理后的两部分进入混合容器中，混合后的溶液再循环进行步骤1和步骤2的处理。
为了降低溶液中的离子浓度，增加有效扩散驱动力，增加
步骤3、析出步骤1及/或步骤2中或在混合容器中生成的碳酸铵、碳酸氢铵、二氧化碳、或氨；
步骤4、循环步骤1、2、3中所述的溶液，直至所述溶液中离子的含量降低至设计要求。
为了获得从溶液中浓缩的提取物，增加
步骤5、析出所述置换溶液中来自所述溶液中的阳离子和阴离子分别与置换溶液中的阴离子和阳离子生成的盐；
可选的但不限于所述的析出方法有冷却结晶、浓缩结晶；及
步骤6、循环经步骤5处理后的溶液，分别作为步骤1、步骤2中的置换溶液；
随着扩散渗析的进行，置换溶液中用于置换溶液中离子的铵根离子、碳酸根离子或碳酸氢根离子浓度不断降低，为了保持适当的高浓度，增加
步骤7、补充置换用的铵盐、和碳酸盐、碳酸根盐，保持置换溶液中相应离子的浓度；其中，步骤6、7是可选的步骤。
上述的铵根离子来源于氨水、铵盐或氨水与铵盐的混合物；所述的铵盐为氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵、亚硝酸胺、亚硫酸铵、硫氰酸铵；碳酸根或碳酸氢根离子来源于碳酸盐或碳酸氢盐；所述的碳酸盐为碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵与氨水的混合溶液、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠。
上述具体化合物的选择应该以经济成本为主要考量，以及目标产物的设定，兼顾工业化操作的方便性。
当阳离子及阴离子的交换分别通过阳离子膜及阴离子膜时，特别地，所述的步骤2中置换溶液中的阴离子还可以是氢氧根离子；所述氢氧根离子来源于氨水或碱。
上述的溶液中离子的交换和浓缩方法可用于海水、制浆污水、电镀污水、纺织皮革污水、湿法冶金污水、生物质酸水解溶液、含电解质离子的工农业生产过程中产生的各种含酸、碱、盐的污水。
在应用于海水淡化时，优选的步骤1的置换溶液为饱和的或高浓度的氯化铵，最优地，在氯化铵溶液中加入氨水，使置换溶液偏碱性，步骤2的置换溶液碳酸氢铵、碳酸铵或碳酸铵与氨水的混合溶液。使海水中的阳离子如钠、钾、钙、镁、锶等转化为氯化物，浓缩提取后作为产品；使海水中的阴离子如氯离子、硫酸根离子、碳酸根离子、硝酸根离子、溴离子、氟离子等转化为铵盐并浓缩；该铵盐可以循环回用作为置换溶液中铵根离子的供体物质。
在应用于含碱性污水处理时，利用所生成的氢氧化铵分解析出氨气的特点，通过鼓气泡挥发析出，或减压挥发析出氨气，直接利用前述的步骤1而无须利用步骤2即可达到脱除碱性的目的，优选的步骤1的置换溶液为饱和的或高浓度的氯化铵，以便利用大多数氯离子的盐溶于水的特点，避免在膜中或膜表面形成沉淀；或者根据产品需要选用硫酸铵、硝酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵或碳酸铵与氨水的混合溶液。若脱除碱性后的溶液中还含有其它盐离子，则再采用前述的步骤1和步骤2联合进行处理，达到彻底处理污水的目的。典型的含碱性污水有制浆造纸黑液、纺织皮革污水、氰化物提取贵重金属后的废水。在碱性制浆污水处理时，最优地，利用碳酸氢铵作为置换溶液，获得碳酸氢钠溶液，再将碳酸氢钠碳化转化为烧碱，回用于制浆工段。制浆造纸黑液脱除碱性后，黑液含有大量的有机质，可以直接作为灌溉施肥用水。纺织皮革污水、氰化物提取贵重金属后的废水则在脱除碱性后，废水中仍然含有有害的离子，如铬酸根离子、含砷酸根离子、其它重金属离子等，因此，需要进一步采用前述的步骤1和步骤2联合进行处理，达到彻底处理污水的目的。尤其是氰化物提取贵重金属后的污水，当碱性脱除后或在脱除的过程中，络合物发生分解，可沉淀的金属氰化物发生沉淀，或发生氰化氢、氰化铵的挥发析出。
在应用于含酸污水处理时，浓酸可以先经扩散渗析进行回收，残余的稀酸废水利用前述的步骤2可单独进行中和处理，或利用前述的步骤1和步骤2联合进行处理，达到彻底处理污水的目的。典型的含酸污水有电镀废水、酸洗污水、生物质酸水解含糖溶液。步骤1的置换溶液中的铵根离子置换浓缩出废水中的各种金属离子，步骤2的置换溶液的阴离子置换浓缩出废水中的有害离子如含铬酸根离子、含砷酸根离子等。
总之，若所述的待处理溶液中含有铵根离子或氢离子，则所述的步骤1可以省略不用；若所述的待处理溶液中含有碳酸根离子或碳酸氢根离子或氢氧根离子，则所述的步骤2可以省略不用。
本发明的一种盐的生产方法，利用权利要求1-5中的离子的交换和浓缩方法，其包括：以氯化钾、氯化钠溶液分别作为权利要求1中所述的溶液，以碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、亚硫酸铵、硝酸铵、或亚硝酸铵溶液、或前述铵盐与氨水的混合溶液作为权利要求1中步骤1中的置换溶液；以碳酸铵、或碳酸氢铵、或碳酸铵与氨水的混合溶液、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、或氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂作为权利要求1中步骤2中的置换溶液；为了加快反应速度，反应物的浓度最好都较高或者饱和。在步骤1中的置换溶液中分别生成对应的碳酸钾、碳酸氢钾、硫酸钾、亚硫酸钾、硝酸钾、亚硝酸钾，碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、 亚硫酸钠、硝酸钠、亚硝酸钠。
本发明的一种碱的生产方法，利用权利要求1-5中的离子的交换和浓缩方法，其包括：以氯化钠、氯化钾或氯化锂溶液分别作为权利要求1中所述的溶液，以氨水溶液作为权利要求1中步骤1中的置换溶液；以碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵与氨水的混合溶液、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、或氢氧化锂作为权利要求1中步骤2中的置换溶液；
在步骤1中的置换溶液中分别生成对应的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂；为了减少所生成的碱对氨的电解离的影响，应及时将产物碱移除出置换溶液或进行现场应用于碱参与的化学反应。所得碱可作为上述海水淡化中步骤2的置换溶液，海水淡化过程中析出的氨作为生产碱的原料，形成可循环过程。
或者，以氯化钠、氯化钾或氯化锂浓溶液或饱和溶液分别作为权利要求1中所述步骤2中的溶液，以氨水溶液作为步骤2中的置换溶液，在该步骤2中的溶液中分别生成对应的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂以及对应残余的盐；
进一步地，将所得含碱及残余盐分的溶液作为权利要求7中所需要的氢氧根离子的来源；
进一步地，以氯化钠、氯化钾或氯化锂浓溶液或饱和溶液同时通过2个独立的阴离子膜【即相当于容器的两侧是由阴离子膜所组成】分别同时与氨水及海水或废水进行交换，间接地提高与海水或废水进行交换的氢氧根离子浓度，解决弱电介质氨水中铵离子浓度低的问题。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种新的海水淡化、含酸碱盐的污水处理的方法，作为示范例示范任何溶液中离子的交换和浓缩方法，是采用简单的扩散渗析或Donnan渗析法。该新方法集中了Donnan扩散渗析和离子交换法两者的优点，也克服了Donnan渗析驱动力低的问题，即可以开辟新的应用领域，也可以部分应用于当前离子交换树脂业已在用的领域。其包括：
步骤1、实验中，最好是弱酸性或中性阳离子膜为Donnan渗析装置中的扩散渗析膜，该膜被夹紧在两个开孔直径为3厘米并对接的尼龙件之间，膜的有效面积为3厘米直径圆，每个尼龙件开孔深度为1.5厘米，减少深度有利于溶液的均匀流动性。膜两侧形成第一和第二2个膜室，膜室边侧各有2个连接口连接进出水流的导管。以食用氯化钠溶液模拟海水，最优地，以氯化铵溶液为本步骤的置换溶液，若所用阳离子膜为强酸性膜，则在氯化铵溶液中加入氨水，使pH值大于7，并经隔膜泵泵送至第一膜室，并循环回流，流速25ml/min；模拟的海水经微型泵泵送至第二膜室，并循环回流，流速1000ml/min。在本循环中，海水经接触所述的阳离子渗析膜渗析后，部分钠离子被铵离子所置换。
步骤2、利用与步骤1同样结构的另一尼龙件，以碳酸氢铵或碳酸铵溶液或碳酸铵与氨水的混合溶液或氨水溶液为本步骤的置换溶液，最好是弱碱性或中性的阴离子膜为Donnan渗析装置中的扩散渗析膜。碳酸盐置换溶液经隔膜泵泵送至第一膜室，并循环回流，流速25ml/min；海水经微型泵泵送至第二膜室，并循环回流， 流速1000ml/min。在本步骤中，海水经接触所述的阴离子渗析膜渗析后，部分海水中的阴离子，主要为氯离子被碳酸根离子所置换。在利用强酸性阳离子膜和强碱性阴离子膜作为交换膜时，最优地，首先使海水中的阴离子置换率达到10％以上后，再进行从步骤1到步骤2再到步骤1的循环；或者首先在步骤1使海水中的阳离子被铵离子置换率达到10％以上后，再进入步骤2中进行循环处理。
步骤3、每隔1小时或3小时，将经步骤2处理后的海水辅以曝气，搅拌减压挥发，促进溶液中的氯化铵和碳酸氢钠、碳酸钠或氢氧化钠之间的反应，也促进溶液中的碳酸铵分解析出产物氨气和二氧化碳；实际生产时，氨气及二氧化碳回收后循环利用；或者使步骤2中的第二膜室始终处于曝气或搅拌减压挥发状态，连续地移除碳酸铵产物，并回收和回用于碳酸铵置换溶液中。
步骤4、将步骤3中的溶液在充分脱除碳酸铵或氨产物后，返回至步骤1中，或部分返回步骤1，部分返回步骤2中进行同步循环处理，或进行从步骤1至步骤3的循环处理，直至待处理的溶液中的溶质含量降低到设定的要求。
上述过程中的氯化铵或氯化铵氨水溶液或碳酸铵溶液最好是饱和溶液，至少比海水中的待交换的离子浓度为高。海水中的阴离子经置换浓缩进入碳酸铵置换溶液中形成的氯化铵、硫酸铵等可经结晶分离提取，或直接作为步骤2中的氯化铵置换溶液循环使用，其中剩余的碳酸铵可先经加热挥发析出。海水中的阳离子经置换浓缩进入氯化铵置换溶液中形成的氯化钠、氯化钾、氯化镁等盐分以浓缩、冷却结晶方式析出。
实验发现，在室温25℃条件下，以强酸性阳离子膜作为渗透膜，盐度值61.9ppt的氯化铵浓溶液为200ml置换溶液，盐度值0.1ppt的自来水150ml为待处理溶液，3小时候。氯化铵的盐度值降低为60.9，自来水的盐度值升为0.2ppt，且在氯化铵溶液中伴有少量碱性的氨气挥发析出，应该是强酸性离子膜催化促进了氯化铵中铵离子的去质子化反应。将盐度值33.7ppt的氯化钠溶液替代自来水进行置换1小时候后，氯化铵溶液的盐度值降为60.5ppt，且仍有少量的氨气析出，氯化钠溶液的盐度值升为34.5ppt，因为同摩尔浓度的氯化铵测得的盐度值要高于氯化钠的盐度值，说明了部分氯化钠转化为氯化铵。实验发现，当氯化钠的盐度值降低时，如到约15ppt后，铵离子对钠离子的置换效应很弱，主要的是铵离子的去质子化反应，并发出氨气，使盐水的pH值增加，但氯化钠的盐度值变化缓慢，只有氯化铵的盐度值继续明显下降，应该是氯化铵转化为氯化氢的缘故。为解决此一问题，需要采用非强酸性阳离子膜或者在氯化铵溶液中加入氨水，调节置换溶液的pH值大于7，实测氯化钠溶液的盐度增加明显，达到盐度高时的盐度增加速度。同样的现象也发生在强碱性阴离子膜的情况，因此，在低盐度情况下脱盐，最好是非强碱性阴离子膜，或者优先将海水中的阳离子转化为铵离子后再进行阴离子膜的处理。
实验结果显示，总量为250ml的模拟海水溶液，在～20℃的常温常压下，经90小时累积渗析，通过以下步骤，尤其在使用强酸性阳离子膜的情况下，在步骤2中优先将海水中的氯化钠转化为碳酸钠，使氯化钠和碳酸钠的重量比达到～70∶30，再进行步骤2的渗析，在步骤1中不断搅拌析出碳酸铵气。当步骤1中的碳酸钠基本被置换后，即当盐度计显示的盐度不再降低时，再返回到步骤2中循环处理，盐度从36‰降至2.5‰【盐度计为市售盐度计SA287，并经饱和盐水浓度进行校正】。在不影响整体渗析速度的前提下，最优的过程是能够使海水中的氯化钠尽可能多地先转化为碳酸钠，再经步骤1转化为碳酸铵。由于膜的离子选择性的限制，继续降低盐的浓度需要改善膜的离子选择性。实验过程中也发现，在膜的表面有白色的碳 酸盐的沉积物，需要定时用酸溶液进行清洗清除。因为步骤2需利用碳酸盐作为置换溶液，而碳酸盐沉淀有损离子膜的性能，因此，最优地，加入碳酸盐或氨水预先将待处理溶液中可形成碳酸盐或碱沉淀的物质进行沉淀析出，且最优的碳酸盐沉淀剂为碳酸铵，以方便后续的析出处理。或者，利用氯化物易溶于水的特点，在利用弱酸性阳离子膜作为渗析膜的条件下，或在氯化铵盐溶液中加入氨水调节pH值大于7的条件下，优先进行步骤1，再进行步骤2，并循环处理。
实验发现，若阳离子膜为强酸性阳离子膜，在步骤1中以铵盐作为置换溶液时，若海水中的阴离子在步骤2中没有被碳酸根离子充分置换时，经初步检测，碳酸钠和氯化钠的重量比未达到～20∶80以上时，合碳酸根与氯离子的离子个数比～1∶7.3，被置换的氯离子比例～12％，铵盐主要发生自分解和自净化的渗析效果【作为一种应用，可以用作为含铵离子废水处理的方法，且置换溶液可以使用任何电解质溶液】，而不能发生与海水中阳离子进行的置换过程，即铵离子透过阳离子膜，与海水中电离出的氢离子【可能由于强酸性阳离子膜离解性强促进了水解】发生无效交换或发生自分解放出氢离子，形成电平衡，并部分转化为氨气释放，结果显示出海水的盐度不减反增的效果。而当海水中有足够的碳酸钠存在时，则可以降低氢离子浓度，抑制铵离子的分解。因此，较佳地，阳离子膜最好选用非强酸型。同理，为了避免碳酸根离子或碳酸氢根离子与氢氧根离子的无效交换，阴离子膜最好选用非强碱性阴离子膜。
当步骤1中析出的碳酸铵或氨气饱和时，即放出浓烈的氨气时，盐度计显示，溶液中的盐度不再降低，显示渗析基本停止，说明需要及时将碳酸铵产物移除出待处理溶液，促进铵离子的渗析。
实施例2
本实施例提供一种海水或废水的淡化方法的示范例。将50g市售强酸性阳离子树脂用饱和的氯化铵溶液浸泡6小时，即再生过程，将50g强碱性阴离子树脂用饱和的碳酸铵或碳酸氢铵溶液浸泡6小时。取出树脂后用清水充分洗涤，并经离心脱除水分。先将模拟的海水150ml倒入经氯化铵处理过的阳离子树脂中，经1小时置换反应后，将海水倒入先前处理过的阴离子树脂中，经1小时置换反应后，完成一个置换循环后，再倒入阳离子树脂中，循环3次后，测得盐度从千分之35降低到千分之29，并伴有碱性的氨气析出。改用弱酸性阳离子树脂和弱碱性阴离子树脂时，有类似的效果，但置换速度较慢。关于树脂的再生，阳离子交换树脂用铵盐循环再生，碳酸根离子或碳酸氢根离子用碳酸盐或碳酸氢盐循环再生。可选的主要铵盐为氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵或硝酸铵，可选的主要碳酸盐或碳酸氢盐为碳酸铵、碳酸铵与氨水的混合溶液、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸氢钾或碳酸氢钠。树脂法需要再生、清洗过程，是相比膜法的主要缺陷。
实施例3
本实施例提供一种新的单纯含碱污水处理的方法，以制浆造纸厂污水为例，其它碱性废水如纺织、皮革、湿法冶金废水等可以进行类似的操作。将实施列1中模拟的海水替换为碱性的制浆造纸厂污水，最优地，以碳酸氢铵、碳酸铵作为置换溶液，提供铵根离子，仅经上述步骤1，常温常压下，经实验测算出每平方米的阳离 子膜每小时可从含碱约5％(重量)废水中置换出约50g氢氧化钠。实际使用时，含碱废水预先经扩散渗析进行碱回收后，再进行铵根离子与钠离子的置换处理；而在置换溶液中所得到的有价值的钠的碳酸盐，可以经过与石灰水的反应制取制浆用的烧碱溶液以及碳酸钙沉淀，实现钠离子的全部回收利用。在煅烧碳酸钙获得氢氧化钙的过程中，产生的二氧化碳气体回收后，与回收的氨气再行反应，生成的碳酸铵盐循环作为置换溶液中的铵盐。
实施例4
本实施例提供一种新的单纯含酸溶液或含酸污水的处理的方法，以生物质稀酸溶液为例，其它酸性废水如电镀、酸洗污水、化学合成等废水可以进行类似的操作。将实施列1中模拟的海水替换为3％硫酸酸水解农作物秸秆所得到的含糖溶液，最优地，以碳酸氢铵、碳酸铵作为置换溶液，提供碳酸氢跟或碳酸根离子，仅经上述步骤2，常温常压下，使硫酸根离子和碳酸氢根离子置换，而含糖溶液因碳酸的分解，而实现脱酸，置换溶液中的硫酸铵作为化肥实现其价值。实际使用时，含酸废水预先经扩散渗析进行酸回收后，再进行置换处理。
实施例5
本实施例提供一种盐的生产方法。以氯化钾、氯化钠溶液分别作为待处理溶液，以碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵与氨水的混合溶液、硫酸铵、亚硫酸铵、硝酸铵、或亚硝酸铵溶液作为步骤1中的置换溶液，且阳离子膜最好为非强酸型膜；以碳酸铵、或碳酸氢铵、或碳酸铵与氨水的混合溶液、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、或氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂作为步骤2中的置换溶液，且阴离子膜最好为非强碱型膜；
在步骤1的置换溶液中分别生成对应的碳酸钾、碳酸氢钾、硫酸钾、亚硫酸钾、硝酸钾、亚硝酸钾，碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠、亚硫酸钠、硝酸钠、亚硝酸钠。
实施例6
本实施例提供一种碱的生产方法，利用离子的交换和浓缩方法，包括：以氯化钠、氯化钾或氯化锂溶液分别作为待处理的溶液，以氨水溶液作为步骤1中的置换溶液；以碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵与氨水的混合溶液、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、或氢氧化锂作为步骤2中的置换溶液；
在步骤1中的置换溶液中分别生成对应的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂；为了减少所生成的碱对氨的电解离的影响，应及时将产物碱移除出置换溶液或进行现场应用于碱参与的化学反应。所得碱可作为上述实施例1中海水淡化中步骤2的置换溶液，海水淡化过程中析出的氨作为生产碱的原料，形成可循环过程。
或者，以氯化钠、氯化钾或氯化锂浓溶液或饱和溶液分别作为步骤2中的溶液，以氨水溶液作为步骤2中的置换溶液，在该步骤2中的溶液中分别生成对应的氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂以及对应残余的盐；在利用实施例1中的装置实验时，当在阴离子膜两侧的是氨水与氯化钠浓溶液时，经1小时扩散渗析，氯化钠溶液中的pH值明显大于7，说明发生了阴离子的交换，在氯化钠盐溶液中生成了部分碱。
进一步地，将所得含碱及残余盐分的溶液作为实施例1或5中所需要的氢氧根 离子的来源，尤其是步骤2中的待处理溶液中含有铵离子可形成氨气挥发时；进一步地，以氯化钠、氯化钾或氯化锂浓溶液或饱和溶液同时通过2个独立的阴离子膜，即相当于一个容器的两侧是由两张阴离子膜所组成，两膜之间是浓或饱和的盐溶液，膜的外侧分别同时与氨水及置换转化成为含铵离子的海水或废水进行接触交换，可测出pH值按预期地增加，达到了间接地提高与海水或废水进行交换的氢氧根离子浓度，解决弱电介质氨水中铵离子浓度低的问题。所生成的碱通过应用于实施例1或5中或其它耗碱工艺中进行交换脱除后，再循环进行本实施例的渗析处理。
本各实施例提供的溶液中离子的交换和浓缩方法还可应用于分离各种含有溶解于水溶液中的有机物和无机物的污水；非电解质参与的化学反应中(如有机物的氧化、卤化反应、磺化、硝化、氨解、水解)，使非电解质转化成的电解质及产物或副产物中的离子化合物(如氯化氢、水以及废弃的催化剂)及时析出，以促进非电解质转化为电解质，如甲醇的氧化制造甲酸，糖发酵产物中有机酸的移除等；以及日常饮用水净化；各种含有机物的混合溶液的脱离子浓缩；代替电渗析脱盐提纯等。