电渗析分离羧酸盐技术：电精炼概念中实现有机酸高效分离与纯化的关键突破

电渗析技术结合阴离子交换膜(AEM)可有效分离水溶液中的羧酸盐。本研究通过调控pH值利用不同羧酸的pKa差异，成功实现了草酸(OA)和乙酸(AA)的选择性分离，其中Fumasep FAB-PK-130膜在电化学辅助结晶中表现最优，10小时内草酸结晶率达50%。该技术为电精炼概念中废水流增值提供了新型分离纯化策略，突破了传统酸碱平衡理论的预期局限。

　　

随着全球资源短缺和环境污染问题加剧，如何将废水中的有机污染物转化为高附加值产品成为环境科学领域的重要挑战。传统废水处理技术如生物降解和高级氧化工艺往往将有机物完全矿化为二氧化碳，这不仅浪费资源，还加剧碳排放。在此背景下，"电精炼"概念应运而生——模仿生物精炼模式，通过电化学过程将污染物转化为有价值化学品。其中，羧酸盐作为有机污染物氧化降解的关键中间体，其选择性分离成为实现这一概念的核心环节。

西班牙的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，创新性地将电渗析技术与pH调控策略相结合，系统评估了四种商用阴离子交换膜对草酸和乙酸的分离效能。研究采用四室电渗析反应器，通过3D打印技术定制流体动力学优化的反应池，结合高效液相色谱(HPLC)实时监测羧酸浓度变化。关键创新在于发现Fumasep FAB-PK-130膜能诱导局部pH梯度，在膜表面形成超饱和区实现电化学辅助结晶，这一现象突破了传统体相溶液酸碱平衡的理论预测。

在膜筛选实验中，研究团队首先比较了RALEX-AMH-PEX、Fumasep FAA-3-PK-130、FAB-PK-130和FAS-PET-130四种膜的性能。令人意外的是，尽管pH 1.5条件下乙酸电离度仅0.055%，所有膜仍表现出显著的乙酸迁移，FAB膜在12.8 mA cm^-2电流密度下迁移速率达58.28%。对于草酸，FAB膜在25.6 mA cm^-2时引发自发性结晶，晶体产量达18.9 mmol（1704.2 mg），这种现象被证实与膜表面局部浓度超过1 M的溶解度极限相关。

电化学辅助结晶机制的揭示成为研究亮点。通过调节pH至3.0，草酸电离度提升至98.49%，在37.5 mA cm^-2条件下10小时内即实现50%结晶效率。能效分析显示该过程耗能为17.58 kWh kg^-1，与工业级电渗析数据相当。更关键的是，在混合酸分离实验中，pH 0.6条件下产品室可获得纯度99%的草酸溶液，而pH 1.5时乙酸在原料室的摩尔分数从0.50提升至0.56，证实了基于pKa差异的分离可行性。

这项研究的重要意义在于三个方面：首先，证实电渗析可突破体相溶液酸碱平衡限制，通过膜界面效应实现高效分离；其次，发现的电化学辅助结晶机制为羧酸回收提供了新思路；最后，建立的pH调控策略为电精炼系统中多羧酸分离提供了技术模板。未来通过优化膜材料质子阻隔性能与反应器设计，有望将这项技术拓展至更复杂的有机废水处理系统，推动电化学资源回收技术的工业化应用。