離子交換膜的制備及應用技術

⑴ 離子交換膜制備方法

離子交換膜根據其製造方式主要分為均相膜和非均相膜兩種類型，它們的制備過程各具特點。

首先，均相膜的制備過程是：選用高分子材料，如丁苯橡膠、纖維素衍生物等，如聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯等，作為基礎材料。接下來，將這些材料製成膜體，然後引入單體，如苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯，通過聚合反應在膜內形成高分子。為了引入特定的功能基團，還需進行化學反應。此外，均相膜也可以直接通過單體如甲醛、苯酚等進行聚合得到。

相比之下，非均相膜的制備較為獨特，它採用離子交換樹脂（粒度通常在200至400目）與常規成膜性高分子材料，如聚乙烯、聚氯乙烯等混合，經過充分混合後再進行加工，形成膜體。這類膜的特點是樹脂與高分子材料的混合均勻。

然而，無論是均相膜還是非均相膜，它們在空氣中容易因失水而變得脆裂或破裂，因此在存儲時必須保持濕潤，通常是在水中保存以防止這種情況發生。

一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。因為一般在應用時主要是利用它的離子選擇透過性，所以也稱為離子選擇透過性膜。1950年W.朱達首先合成了離子交換膜。1956年首次成功地用於電滲析脫鹽工藝上。

⑵ 離子交換膜基本原理及應用的目錄

基本原理卷
第章離子交換膜的制備方法
1.1離子交換膜的發明
1.2夾層法
1.3膠乳法
1.4塊狀聚合法
1.5塗漿法
1.6輻照接枝聚合法
1.7非均相膜
參考文獻
第2章膜性能的測定
2.1膜的取樣和預處理
2.2電阻
2.3離子交換容量和含水量
2.4遷移數
2.5溶質透過系數
2.6電滲透系數
2.7水透過系數
2.8溶脹比
2.9機械強度
2.10電滲析
參考文獻
第3章膜的特性和遷移現象
3.1具有不同電荷符號離子之間的選擇透過性
3.2具有相同電荷符號離子之間的選擇透過性
3.3電導
3.4膜電位
3.5濃差擴散
3.6降低兩價離子透過性的機理
3.7關於膜處理對降低兩價離子透過性的研究
參考文獻
第4章Teorell、Meyer和Sievers理論（TMS理論）
4.1膜電位
4.2擴散系數
4.3電導
4.4遷移數
參考文獻
第5章不可逆過程熱力學
5.1唯象方程和唯象系數
5.2反射系數
5.3電滲析現象
5.4電滲析法分離鹽和水
參考文獻
第6章總傳質過程
6.1總膜對的特性和通過膜對的傳質
6.2總傳質方程和唯象方程
6.3反射系數σ、水力傳導度LP和溶質透過率ω
6.4壓力反射系數和濃度反射系數：切斷電流概念
6.5不可逆過程熱力學的膜對特性
參考文獻
第7章濃差極化現象
7.1電流?電壓關系
7.2濃差極化電位
7.3計時電位法
7.4折射率
7.5自然對流
7.6波動
7.7超極限電流
7.8邊界層的傳質
7.9在離子交換膜濃縮表面上的濃差極化
參考文獻
第8章水解離
8.1電流?pH關系
8.2擴散模型
8.3排斥區
8.4膜表面電位
8.5Wien效應
8.6質子化和去質子化反應
8.7鎂離子的水解
8.8關於水解離的實驗研究
8.9在海水電滲析中出現的水解離
8.10水解離的機理
參考文獻
第9章電流密度分布
9.1在電滲析器中電流密度的分布
9.2環繞絕緣體和電流屏蔽的電流密度分布
參考文獻
第10章水力學
10.1溶液流動和I-V曲線
10.2隔板對溶液流動的影響（理論的）
10.3隔板對溶液流動的影響（實驗的）
10.4在流道內的局部流動分布
10.5溶液流動對極限電流密度和在流道內靜壓頭損失的影響
10.6空氣泡清潔法
10.7隔板的摩擦因子和每個脫鹽室的溶液分布
10.8電滲析器中管道內的壓力分布
參考文獻
第11章極限電流密度
11.1濃差極化、水解離和極限電流密度
11.2擴散層和邊界層
11.3由Nernst-Planck方程推得的極限電流密度方程
11.4極限電流密度對電解質濃度和溶液速度的依賴性
11.5基於脫鹽室中傳質的極限電流密度分析
11.6在膜堆中脫鹽室之間溶液速度分布
11.7電滲析器的極限電流密度
參考文獻
第12章泄漏
12.1漏電
12.2漏液
參考文獻
第13章能耗
13.1在電滲析系統中的能量要求
13.2在膜堆中的能耗
參考文獻
第14章膜惡化
14.1膜的性能隨著運行時間而變化
14.2表面污染
14.3有機污染
參考文獻
應用卷
第15章電滲析
15.1技術概覽
15.2電滲析器
15.3電滲析流程
15.4能耗和最佳電流密度
15.5周邊的技術
15.6實踐
參考文獻
第16章倒極電滲析
16.1技術概覽
16.2隔板
16.3水的回收率
16.4垢形成的防止
16.5抗有機污染
16.6在膜面上膠體沉積的形成及其除去
16.7硝酸鹽和亞硝酸鹽的除去
16.8實踐
參考文獻
第17章雙極膜電滲析
17.1技術概覽
17.2雙極膜的制備
17.3雙極膜的性能
17.4實踐
參考文獻
第18章電去離子
18.1技術概覽
18.2EDI系統中的傳質
18.3EDI裝置的結構和能耗
18.4在EDI過程中的水解離
18.5在EDI過程中弱電離組分的除去
18.6實踐
參考文獻
第19章電解
19.1技術概覽
19.2離子交換膜
19.3在電解系統中的物料流動和電極反應
19.4電解器及其性能
19.5在電解過程中鹽水的純化
參考文獻
第20章擴散滲析
20.1技術概覽
20.2在擴散滲析中的遷移現象
20.3擴散滲析器及其運行
20.4實踐
參考文獻
第21章Donnan滲析
21.1技術概覽
21.2在Donnan滲析中的質量遷移
21.3實踐
參考文獻
第22章能量轉換
22.1滲析電池
22.2氧化還原流動電池
22.3燃料電池
參考文獻

⑶ 離子交換膜原理

離子膜電解法，又稱為膜電槽電解法，是通過應用陽離子交換膜將電解槽隔分為陽極室與陰極室，以實現電解產物分離的一種技術。其發展基礎是離子交換樹脂技術，利用膜的特性選擇性透過離子，實現濃縮、脫鹽、凈化、提純及電化合成。該技術廣泛應用於氯鹼生產、海水淡化、工業用水與超純水制備、葯品精製、電鍍廢液回收及放射性廢水處理等。應用最廣泛且成效顯著的是氯鹼工業，在此領域通過電解食鹽或氯化鉀溶液生成氯氣、氫氣及高純度燒鹼或氫氧化鉀。經過兩次精製的濃食鹽水連續進入陽極室，在電場作用下鈉離子通過陽離子交換膜進入陰極室，生成氫氧化鈉與氫氣，而氯離子受到限制，主要在陽極上氧化為氯氣。剩餘淡鹽水經脫氯、鹽飽和及精製後返回陽極室，形成鹽水循環。氫氧化鈉溶液一部分作為產品，另一部分加入純水後返回陰極室，循環控制水量並帶走熱量。現代陽離子交換膜以聚氟烴織物增強的全氟磺酸-全氟羧酸復合膜為主，面向陽極的一側為電阻較小的磺酸基，面向陰極的一側為含水量低的羧酸基，旨在提高電流效率及親水性，減少氫氣滯留。這類膜適用於極距極小的電解槽，具有能耗低、鹼液純度高、無污染、操作控制方便、適應負荷變化能力強等優點，但成本較高。目前，先進的離子膜技術在4000A/m電流密度下可運轉，電流效率達到95%~96%，能直接生產35%濃度的氫氧化鈉，使用壽命約為2年。隨著離子膜法優勢的顯現，新建氯鹼生產裝置一般採用該技術，而原有水銀法或隔膜法氯鹼廠也會在技術改造時轉向離子膜法。