流动电极电容去离子技术(FCDI)在不锈钢酸洗废水硝酸盐与氟化物盐回收中的应用研究

为解决不锈钢酸洗废水中硝酸盐(KNO3 )和氟化物盐(KF)的回收难题，德国研究团队创新性地采用流动电极电容去离子技术(FCDI)，系统考察了膜厚度、进料流速和操作电压对盐转移率的影响。实验表明，FCDI能高效实现硝酸盐脱除（残留浓度<10%）和氟化物选择性富集（浓度提升17%），为酸洗废水闭环处理提供了新思路，相关成果发表于《Journal of Hazardous Materials Letters》。

　　

不锈钢作为现代工业的支柱材料，其生产过程中产生的酸洗废水含有高浓度硝酸(HNO₃
)和氢氟酸(HF)，传统处理方法如化学沉淀、蒸发结晶等存在效率低、二次污染等问题。尤其当废水中金属离子浓度升高时，酸洗效率急剧下降，而现行回收工艺难以兼顾经济性与环境友好性。针对这一行业痛点，德国亚琛工业大学的研究团队创新性地将流动电极电容去离子技术(FCDI)引入不锈钢酸洗废水处理领域，通过实验室规模研究验证了该技术对硝酸钾和氟化钾混合盐的选择性回收能力，相关成果发表在《Journal of Hazardous Materials Letters》。

研究团队采用单通道连续流FCDI装置（膜面积300 cm²
），结合离子色谱分析技术，重点考察了三个关键参数：膜厚度（75μm vs 130μm AEM）、进料流速（0.15-1.35 mL/min）和操作电压（1.2-2.0V）。实验使用含38.03 g/L KNO₃
和33.38 g/L KF的模拟废水，通过测量电导率和计算平均盐转移率(ASTR)评估性能。

3.1 流动电极电解质浓度
研究发现流动电极采用149.64 g/L KNO₃
作为背景电解质可最大限度减少水跨膜渗透，避免使用有毒KF。

3.2 膜厚度影响
对比75μm和130μm阴离子交换膜(AEM)发现，较薄膜可使能耗降低13%（48.0 vs 55 kWh/m³
），但水传输量增加。权衡后选择75μm FAS-PET膜进行后续实验。

3.3 进料流速调控
在稀释液流速0.85 mL/min、浓缩液流速0.53 mL/min时，KNO₃
去除率达90%以上，但KF浓缩仅达1.1倍。揭示AEM对NO₃
^-
的选择性传输特性。

3.4 操作电压优化
提升电压至2.0V可使KF转移率提高47%（4.92 μmol·min^-1
·cm^-2
），但同时导致KNO₃
浓缩比从1.51降至1.39，能耗增加108%。

该研究首次证实FCDI技术在不锈钢酸洗废水处理中的适用性，虽然实现了硝酸盐高效脱除（残留<10%），但氟化物的同步浓缩（最高1.17倍）仍未达到预期目标（1.3倍）。这一发现为后续与双极膜电渗析(EDBM)的联用工艺开发提供了关键参数。研究团队指出，未来需在中试规模验证工艺稳定性，并探索电压脉冲等策略来平衡两种盐类的选择性回收。该工作为工业废水资源化提供了新思路，对实现《欧洲绿色协议》中的循环经济目标具有重要意义。