陰離子交換膜的研究進展

A. 陰離子交換膜的介紹

陰離子交換膜是一類含有鹼性活性基團，對陰離子具有選擇透過性的高分子聚合物膜，也稱為離子選擇透過性膜。陰離子交換膜由三個部分構成：帶固定基團的聚合物主鏈即高分子基體（也稱基膜）、荷正電的活性基團（即陽離子）以及活性基團上可以自由移動的陰離子，如圖所示。

B. 膜技術的電滲析

在直流電場作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中的陰、陽離子的選擇透過回性，分離溶答質和水。
陰膜只讓陰離子通過；陽膜只讓陽離子通過。
陰極：
還原反應：2H+ +2e → H2↑
陰極室溶液呈鹼性，結垢
陽極：
氧化反應：4OH－ → O2↑+2H2O +4e
或 2Cl-→Cl2↑+2e
陽極室溶液呈酸性，腐蝕
特點：只能將電解質從溶液中分離出去。不能去除有機物等。 離子交換樹脂：樹脂與離子之間發生交換反應
離子交換膜：對溶液中的離子具有選擇透過的特性★按其結構分為：異相膜、均相膜。
異相膜：離子交換樹脂磨成粉末，加入粘合劑，滾壓在纖維網上。
均相膜：離子及交換樹脂的母體材料製成連續的膜狀物，作為底膜，然後在上面嵌接上活性基團。
★按離子選擇性分：
陽離子交換膜（一般為聚苯乙烯磺酸型）：R－SO3H，在水中電離後，呈負電性
陰離子交換膜（聚苯乙烯季胺型）：R－CH2 N（CH3）3OH，電離後，呈正電性
★離子交換膜選擇透過性主要是由於：
1）膜的孔隙結構；2）活性交換基團的作用。
★離子交換膜是電滲析的關鍵部分，良好的電滲析應在於：
1）高的離子選擇性；2）滲水性差；3）導電性好；4〕化學穩定性和機械強度。

C. 為何要用陰離子交換膜鉀離子不就過不去了嗎而且就算生成硝酸鹽為何會干擾反應

你把電極反應方程式寫一下就清楚了。

1. 負極發生反應：8NH3+24OH- -24e- ===4N2+24H2O

2. 正極發生反應：6NO2+12H2O +24e-====3N2+24OH-

可以看到，負極需專要消耗掉屬OH-，而正極反應產生OH-，所以要用陰離子交換膜使得正極產生的OH-遷移到負極，負極的OH-得到補充。假如說採用陽離子交換膜，那麼OH-無法遷移，只能是陽離子K+轉移，沒有什麼作用，只會使得電極A處KOH濃度不斷變小，而B處KOH濃度不斷變大，最終反應會終止。

D. 異質陰離子交換膜可以固溶鑄造嘛,有沒有大致過程

傳統的離子選擇性隔膜主要是基於商用的離子交換膜材料，他們普遍回較厚，離子阻抗較大答，導致跨膜離子通量低，鹽差發電能量密度不高。

針對此問題，近日中國科學院理化所聞利平研究團隊與北京航空航天大學高龍成課題組合作在《美國化學會會志》（J. Am. Chem. Soc.）上發表了題為「超薄的具有離子選擇性的異質膜用於高性能的鹽差能轉換」的論文。通過先進的高分子合成技術，研究人員首先設計並且合成了一種新型的嵌段聚合物分子PEO-hv-PMA(Chal)（圖1），該功能分子同時含有光交聯基團，經過一系列處理後，可以形成超薄自支撐的多孔納米通道薄膜。

E. 電化學法回收金屬鎳的原理

將隔膜電解工藝引進到從鎳基合金廢料中回收金屬鎳的工藝中,分別研究了陰離子交換膜電解法電溶鎳基合金廢料制備電解液、電解液除雜質及鎳鈷萃取分離、陰離子交換膜不溶性陽極電解法陰極電沉積制備金屬鎳的實驗研究,得到了較好的工藝參數條件。在此基礎上,並對陰離子交換膜陽極電溶此態解鎳基合金廢料同時陰極電沉積金屬鎳進行了實驗初探。 以鎳基合金廢料澆鑄成陽極,鈦板為陰極,鹽酸溶液為陽極電解液的陰離子膜電解體系為研究對象,探討了電流密度、鹽酸濃度、電解液溫度、攪拌速度和鎳離子濃度等工藝參數對鎳基合金廢料陽極電溶解的電流效率、能耗和槽電壓的影響。研究結果表明：電化學溶解處理鎳基合金廢料是可行的,通過控制電解槽兩端的槽電壓,能夠將Ni、Co、Al、Cr等一些電位較負的金屬電溶解進溶液,而一些電位較正的金屬例如W、Mo、Ta等稀有金屬則殘存在陽極泥中以陽極泥的形式富集,這為後續從陽極泥中回收稀散金屬提供了良好原料。得到的優化工藝參數為：電流密度250-350A·m-2;陽極室適宜的鹽酸濃度為2mol/L,陰極室的鹽酸濃度為1.5～2mol/L;攪拌速度450-700rmp;電解液溫度<50℃。Ni的溶出效率達到90.8%,噸鎳直流單耗小於2400KWh,稀有金屬的富集比分別達到：W12.1799,Ta1.9565,Ti1.5928,Mo4.007。 採用中和水解法去除陽極室電解液中的雜質Fe、Cr、A1,實驗參數為：加次氯酸溶液和10mol/L氫氧化鈉溶液,調節體系pH值至2,加熱到90℃在強攪拌下保溫0.5h;然後再加入10mol/L氫氧化鈉溶液調節pH值至4,加熱到70℃,在強攪拌下保溫2h,過濾除雜。經中和水解法除雜質後,電解液中的雜質離子含量(Fe2+、Cr3+、A13+)均已達到電解1號鎳電解液對雜質離子的要求。通過採用P507萃取劑研究了鎳、鑽分離的實驗研究,得到P507鎳、鈷萃取分離的工藝條件為：用氫氧化鈉溶液將P507萃取劑均相皂化60%,水相pH調至4-5,Vo：Va相比1：1.5,萃取劑體積濃型枯度：20%,萃取級數4,振盪時間10min。在上述實驗條件下鎳、鈷得到了較好的分離,萃余液中鈷離子含量降至19.79mg/L,已經達到制備1#鎳的硫酸鹽電解液體系對鑽離子含量的要求。 在不添加Cl-條件下,以氯化鎳溶液為主鹽,研究了電解液中的Ni2+濃度、電解液的pH值,電解液溫度、陰極板電流密度、極距等條件對陰離子交換膜不溶性陽極法陰極電沉積金屬鎳的電流效率、電耗以及槽電壓等因素的影響規律。單因素實驗得到的最佳電解工藝條件為：Ni2+濃度80～90g/L;電解液pH值5～5.5;陰極板電流密度控制在300～350A/m2;電解液溫度40～45℃;極距越小越好。在上述電解條件下,極距定為10cm,陰極板電流效率為91.8%;電耗為3450KWht/t。 在得到陽極電溶解和陰極電沉積的森租源較佳參數後,進行了離子膜陰極電沉積金屬鎳同時陽極電溶解鎳基合金廢料造液實驗的初探。實驗工藝條件為：陽極液2mol/L HCl,陽極電流密度為250A/m2;陰極液Ni2+濃度90g/L,陰極液pH值為5,陰極電流密度為300A/m2,極距10cm。在上述條件下,電解槽兩端的槽電壓為：2.5V,陰極電流效率為94%,陰極能耗為：3050KWh/t,陽極能耗

F. 為什麼安裝陰離子交換膜後原電池仍能反應

安裝陰離子交換膜後原電池仍能反應是通過氫氧根離子穿過陰離子交換膜從陰極到陽極參與反應。根據查詢相關公開信息顯示，在陰離子交換膜燃料電池的工作過程中，氫氧埋咐根離子穿過陰離子交換膜從陰極到陽極參與反應，，電子轉移不是通過氧化劑和還原劑之間的有效碰撞完成的。陰離子交換膜枝沖是一類含有鹼性活猛液殲性基團，對陰離子具有選擇透過性的高分子聚合物膜，也稱為離子選擇透過性膜。

G. 離子交換膜為什麼有選擇透過性

按膜中的含活性基團的各類可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜和特種膜三大類.
1、陽離子交換膜（簡稱陽膜） 膜體中含有酸性活性基團,它能選擇性透過陽離子而不讓陰離子透過.這些活性基團主要有：磺酸基、磷酸基、亞磷酸基、羧酸基、酚基等.其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換.例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經磺化處理得到強酸性陽離子交換膜,其結構式可簡單表示為R-SO3H,式中R代表樹脂母體,其交換原理為
2R-SO3H＋Ca2==（R-SO3）2Ca＋2H+ 這也是硬水軟化的原理.
2、陰離子交換膜（簡稱陰膜） 膜體中含有鹼性活性基團,它能選擇性透過陰離子而不讓陽離子透過.這結活性基團主要有：季銨基、伯胺基、促胺基、叔胺基等.它們在水中能生成OH-離子,可與各種陰離子起交換作用,其交換原理為
R-N（CH3）3OH＋Cl- ====R-N（CH3）3Cl＋OH-
3、特種膜 它包括由陽、陰離子活性基團在一張膜內均勻分布的兩性離子交換膜,帶正電荷的膜與帶負電荷的膜兩張貼在一起的復合離子交換膜（亦稱雙極性膜）,還有部分正電荷與部分負電荷並列存在於膜的厚度方向的鑲嵌離子交換膜,以及在陽膜或陰膜表面上塗一層陰離子或陽離子交換樹脂的表面塗層膜等

H. 陰離子交換膜是任何陰離子都能通過嗎

陰離子交換膜的本質是一種鹼性電解質，對陰離子具有選擇透過性作用，因此還被稱為離子選擇透過性膜。一般以-NH3+、-NR2H+或者-PR3+等陽離子作為活性交換基團，並且在陰極產生OH-作為載流子，經過陰離子交換膜的選擇透過性作用移動到陽極。陰離子交換膜具有非常廣泛的應用，它是分離裝置、提純裝置以及電化學組件中的重要組成部分，在氯鹼工業、水處理工業、重金屬回收、濕法冶金以及電化學工業等領域都起到舉足輕重的作用
。近年來，隨著新型化學電源的發展，陰離子交換膜作為電池隔膜在液流儲能電池、鹼性陰離子交換膜燃料電池、新型超級電容器等方面的應用也得到關注和研究。