阴离子交换膜的研究进展

A. 阴离子交换膜的介绍

阴离子交换膜是一类含有碱性活性基团，对阴离子具有选择透过性的高分子聚合物膜，也称为离子选择透过性膜。阴离子交换膜由三个部分构成：带固定基团的聚合物主链即高分子基体（也称基膜）、荷正电的活性基团（即阳离子）以及活性基团上可以自由移动的阴离子，如图所示。

B. 膜技术的电渗析

在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中的阴、阳离子的选择透过回性，分离溶答质和水。
阴膜只让阴离子通过；阳膜只让阳离子通过。
阴极：
还原反应：2H+ +2e → H2↑
阴极室溶液呈碱性，结垢
阳极：
氧化反应：4OH－ → O2↑+2H2O +4e
或 2Cl-→Cl2↑+2e
阳极室溶液呈酸性，腐蚀
特点：只能将电解质从溶液中分离出去。不能去除有机物等。 离子交换树脂：树脂与离子之间发生交换反应
离子交换膜：对溶液中的离子具有选择透过的特性★按其结构分为：异相膜、均相膜。
异相膜：离子交换树脂磨成粉末，加入粘合剂，滚压在纤维网上。
均相膜：离子及交换树脂的母体材料制成连续的膜状物，作为底膜，然后在上面嵌接上活性基团。
★按离子选择性分：
阳离子交换膜（一般为聚苯乙烯磺酸型）：R－SO3H，在水中电离后，呈负电性
阴离子交换膜（聚苯乙烯季胺型）：R－CH2 N（CH3）3OH，电离后，呈正电性
★离子交换膜选择透过性主要是由于：
1）膜的孔隙结构；2）活性交换基团的作用。
★离子交换膜是电渗析的关键部分，良好的电渗析应在于：
1）高的离子选择性；2）渗水性差；3）导电性好；4〕化学稳定性和机械强度。

C. 为何要用阴离子交换膜钾离子不就过不去了吗而且就算生成硝酸盐为何会干扰反应

你把电极反应方程式写一下就清楚了。

1. 负极发生反应：8NH3+24OH- -24e- ===4N2+24H2O

2. 正极发生反应：6NO2+12H2O +24e-====3N2+24OH-

可以看到，负极需专要消耗掉属OH-，而正极反应产生OH-，所以要用阴离子交换膜使得正极产生的OH-迁移到负极，负极的OH-得到补充。假如说采用阳离子交换膜，那么OH-无法迁移，只能是阳离子K+转移，没有什么作用，只会使得电极A处KOH浓度不断变小，而B处KOH浓度不断变大，最终反应会终止。

D. 异质阴离子交换膜可以固溶铸造嘛,有没有大致过程

传统的离子选择性隔膜主要是基于商用的离子交换膜材料，他们普遍回较厚，离子阻抗较大答，导致跨膜离子通量低，盐差发电能量密度不高。

针对此问题，近日中国科学院理化所闻利平研究团队与北京航空航天大学高龙成课题组合作在《美国化学会会志》（J. Am. Chem. Soc.）上发表了题为“超薄的具有离子选择性的异质膜用于高性能的盐差能转换”的论文。通过先进的高分子合成技术，研究人员首先设计并且合成了一种新型的嵌段聚合物分子PEO-hv-PMA(Chal)（图1），该功能分子同时含有光交联基团，经过一系列处理后，可以形成超薄自支撑的多孔纳米通道薄膜。

E. 电化学法回收金属镍的原理

将隔膜电解工艺引进到从镍基合金废料中回收金属镍的工艺中,分别研究了阴离子交换膜电解法电溶镍基合金废料制备电解液、电解液除杂质及镍钴萃取分离、阴离子交换膜不溶性阳极电解法阴极电沉积制备金属镍的实验研究,得到了较好的工艺参数条件。在此基础上,并对阴离子交换膜阳极电溶此态解镍基合金废料同时阴极电沉积金属镍进行了实验初探。 以镍基合金废料浇铸成阳极,钛板为阴极,盐酸溶液为阳极电解液的阴离子膜电解体系为研究对象,探讨了电流密度、盐酸浓度、电解液温度、搅拌速度和镍离子浓度等工艺参数对镍基合金废料阳极电溶解的电流效率、能耗和槽电压的影响。研究结果表明：电化学溶解处理镍基合金废料是可行的,通过控制电解槽两端的槽电压,能够将Ni、Co、Al、Cr等一些电位较负的金属电溶解进溶液,而一些电位较正的金属例如W、Mo、Ta等稀有金属则残存在阳极泥中以阳极泥的形式富集,这为后续从阳极泥中回收稀散金属提供了良好原料。得到的优化工艺参数为：电流密度250-350A·m-2;阳极室适宜的盐酸浓度为2mol/L,阴极室的盐酸浓度为1.5～2mol/L;搅拌速度450-700rmp;电解液温度<50℃。Ni的溶出效率达到90.8%,吨镍直流单耗小于2400KWh,稀有金属的富集比分别达到：W12.1799,Ta1.9565,Ti1.5928,Mo4.007。 采用中和水解法去除阳极室电解液中的杂质Fe、Cr、A1,实验参数为：加次氯酸溶液和10mol/L氢氧化钠溶液,调节体系pH值至2,加热到90℃在强搅拌下保温0.5h;然后再加入10mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至4,加热到70℃,在强搅拌下保温2h,过滤除杂。经中和水解法除杂质后,电解液中的杂质离子含量(Fe2+、Cr3+、A13+)均已达到电解1号镍电解液对杂质离子的要求。通过采用P507萃取剂研究了镍、钻分离的实验研究,得到P507镍、钴萃取分离的工艺条件为：用氢氧化钠溶液将P507萃取剂均相皂化60%,水相pH调至4-5,Vo：Va相比1：1.5,萃取剂体积浓型枯度：20%,萃取级数4,振荡时间10min。在上述实验条件下镍、钴得到了较好的分离,萃余液中钴离子含量降至19.79mg/L,已经达到制备1#镍的硫酸盐电解液体系对钻离子含量的要求。 在不添加Cl-条件下,以氯化镍溶液为主盐,研究了电解液中的Ni2+浓度、电解液的pH值,电解液温度、阴极板电流密度、极距等条件对阴离子交换膜不溶性阳极法阴极电沉积金属镍的电流效率、电耗以及槽电压等因素的影响规律。单因素实验得到的最佳电解工艺条件为：Ni2+浓度80～90g/L;电解液pH值5～5.5;阴极板电流密度控制在300～350A/m2;电解液温度40～45℃;极距越小越好。在上述电解条件下,极距定为10cm,阴极板电流效率为91.8%;电耗为3450KWht/t。 在得到阳极电溶解和阴极电沉积的森租源较佳参数后,进行了离子膜阴极电沉积金属镍同时阳极电溶解镍基合金废料造液实验的初探。实验工艺条件为：阳极液2mol/L HCl,阳极电流密度为250A/m2;阴极液Ni2+浓度90g/L,阴极液pH值为5,阴极电流密度为300A/m2,极距10cm。在上述条件下,电解槽两端的槽电压为：2.5V,阴极电流效率为94%,阴极能耗为：3050KWh/t,阳极能耗

F. 为什么安装阴离子交换膜后原电池仍能反应

安装阴离子交换膜后原电池仍能反应是通过氢氧根离子穿过阴离子交换膜从阴极到阳极参与反应。根据查询相关公开信息显示，在阴离子交换膜燃料电池的工作过程中，氢氧埋咐根离子穿过阴离子交换膜从阴极到阳极参与反应，，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的。阴离子交换膜枝冲是一类含有碱性活猛液歼性基团，对阴离子具有选择透过性的高分子聚合物膜，也称为离子选择透过性膜。

G. 离子交换膜为什么有选择透过性

按膜中的含活性基团的各类可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜和特种膜三大类.
1、阳离子交换膜（简称阳膜） 膜体中含有酸性活性基团,它能选择性透过阳离子而不让阴离子透过.这些活性基团主要有：磺酸基、磷酸基、亚磷酸基、羧酸基、酚基等.其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换.例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换膜,其结构式可简单表示为R-SO3H,式中R代表树脂母体,其交换原理为
2R-SO3H＋Ca2==（R-SO3）2Ca＋2H+ 这也是硬水软化的原理.
2、阴离子交换膜（简称阴膜） 膜体中含有碱性活性基团,它能选择性透过阴离子而不让阳离子透过.这结活性基团主要有：季铵基、伯胺基、促胺基、叔胺基等.它们在水中能生成OH-离子,可与各种阴离子起交换作用,其交换原理为
R-N（CH3）3OH＋Cl- ====R-N（CH3）3Cl＋OH-
3、特种膜 它包括由阳、阴离子活性基团在一张膜内均匀分布的两性离子交换膜,带正电荷的膜与带负电荷的膜两张贴在一起的复合离子交换膜（亦称双极性膜）,还有部分正电荷与部分负电荷并列存在于膜的厚度方向的镶嵌离子交换膜,以及在阳膜或阴膜表面上涂一层阴离子或阳离子交换树脂的表面涂层膜等

H. 阴离子交换膜是任何阴离子都能通过吗

阴离子交换膜的本质是一种碱性电解质，对阴离子具有选择透过性作用，因此还被称为离子选择透过性膜。一般以-NH3+、-NR2H+或者-PR3+等阳离子作为活性交换基团，并且在阴极产生OH-作为载流子，经过阴离子交换膜的选择透过性作用移动到阳极。阴离子交换膜具有非常广泛的应用，它是分离装置、提纯装置以及电化学组件中的重要组成部分，在氯碱工业、水处理工业、重金属回收、湿法冶金以及电化学工业等领域都起到举足轻重的作用
。近年来，随着新型化学电源的发展，阴离子交换膜作为电池隔膜在液流储能电池、碱性阴离子交换膜燃料电池、新型超级电容器等方面的应用也得到关注和研究。