全球有将近80%的金属锌由湿法冶锌工艺生产。在此过程中由于硫酸电解液反复循环使用，有害杂质特别是微量氯离子逐渐累积，对整个冶锌工艺及最终锌产品的品质均会造成严重影响。如何从极高浓度的硫酸锌电解液（SO₄^2- >320g/L）中选择性去除微量的氯离子杂质（Cl^-~200-700 mg/L），迄今没有令人满意的解决方案，成为了制约湿法冶锌行业发展的瓶颈之一。

本学院工业电化学与膜过程课题组与北京京润环保科技股份有限公司合作，对困扰该行业发展的共性难题展开了系列研究。在利用传统扩散渗析技术（DD）对酸性硫酸锌电解液中游离H₂SO₄进行回收的过程中，首次在常规离子交换膜（IEMs）中观察到显著的同号（甚至同价态）离子之间的选择性。基于此，本小组提出了如下图所示的硫酸锌电解液选择性除氯新工艺。将DD技术的应用从酸/碱回收的局限拓展到离子的选择性分离领域。相关结果整理发表于膜行业权威期刊J. Membr. Sci. 2017, 537:111-118。

图1 硫酸锌电解液选择性除氯新工艺

该工作中Cl-相对于HSO₄^-表现出优先透膜扩散特性的原因可能在于两种离子水合半径的不同。由于HSO₄^-水合半径较大，其跨膜传输较Cl-更为困难。基于此指导思想，本小组猜测由于水合半径更大，二价的SO₄^2-离子的跨膜传输可能更为困难，将酸性硫酸锌电解液中的HSO₄^-转化为SO₄^2-或许能进一步提高去除Cl-的选择性，大大减小硫酸根的损失。实验表明，通过调节DD进料硫酸锌电解液的酸度，其脱氯的选择性确实会大大提高。当电解液酸度从160降至0 g/L时，Cl^-/SO₄^2-选择性从2.56增加到了42.8，而Cl^-的去除率基本得到了保持。这种优异的选择性在常规IEM中是从未被观察到的。基于在近中性电解液中取得的结果，本小组对电解液除氯工艺开展了进一步的优化，相关结果最近发表于 J. Membr. Sci. 2018, 563:142-148。

图2 卤素杂质离子的选择性去除随酸度的变化

上述相关工作的开展，不仅为湿法冶锌过程中硫酸锌电解液选择性除氯提供了新的可能，而且还提出了一种调节常规IEM中同号离子间的选择性的新思路。该工作扩展了常规DD的应用范围，使其从酸/碱回收发展到了离子的选择性分离，为膜材料及膜分离工艺寻找到了新的应用领域和潜在增长点。上述工作的开展得到了国家自然科学基金，温州大学及北京京润环保科技股份有限公司等的大力支持。