离子交换膜的制备及应用技术

⑴ 离子交换膜制备方法

离子交换膜根据其制造方式主要分为均相膜和非均相膜两种类型，它们的制备过程各具特点。

首先，均相膜的制备过程是：选用高分子材料，如丁苯橡胶、纤维素衍生物等，如聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯等，作为基础材料。接下来，将这些材料制成膜体，然后引入单体，如苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯，通过聚合反应在膜内形成高分子。为了引入特定的功能基团，还需进行化学反应。此外，均相膜也可以直接通过单体如甲醛、苯酚等进行聚合得到。

相比之下，非均相膜的制备较为独特，它采用离子交换树脂（粒度通常在200至400目）与常规成膜性高分子材料，如聚乙烯、聚氯乙烯等混合，经过充分混合后再进行加工，形成膜体。这类膜的特点是树脂与高分子材料的混合均匀。

然而，无论是均相膜还是非均相膜，它们在空气中容易因失水而变得脆裂或破裂，因此在存储时必须保持湿润，通常是在水中保存以防止这种情况发生。

一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。1950年W.朱达首先合成了离子交换膜。1956年首次成功地用于电渗析脱盐工艺上。

⑵ 离子交换膜基本原理及应用的目录

基本原理卷
第章离子交换膜的制备方法
1.1离子交换膜的发明
1.2夹层法
1.3胶乳法
1.4块状聚合法
1.5涂浆法
1.6辐照接枝聚合法
1.7非均相膜
参考文献
第2章膜性能的测定
2.1膜的取样和预处理
2.2电阻
2.3离子交换容量和含水量
2.4迁移数
2.5溶质透过系数
2.6电渗透系数
2.7水透过系数
2.8溶胀比
2.9机械强度
2.10电渗析
参考文献
第3章膜的特性和迁移现象
3.1具有不同电荷符号离子之间的选择透过性
3.2具有相同电荷符号离子之间的选择透过性
3.3电导
3.4膜电位
3.5浓差扩散
3.6降低两价离子透过性的机理
3.7关于膜处理对降低两价离子透过性的研究
参考文献
第4章Teorell、Meyer和Sievers理论（TMS理论）
4.1膜电位
4.2扩散系数
4.3电导
4.4迁移数
参考文献
第5章不可逆过程热力学
5.1唯象方程和唯象系数
5.2反射系数
5.3电渗析现象
5.4电渗析法分离盐和水
参考文献
第6章总传质过程
6.1总膜对的特性和通过膜对的传质
6.2总传质方程和唯象方程
6.3反射系数σ、水力传导度LP和溶质透过率ω
6.4压力反射系数和浓度反射系数：切断电流概念
6.5不可逆过程热力学的膜对特性
参考文献
第7章浓差极化现象
7.1电流?电压关系
7.2浓差极化电位
7.3计时电位法
7.4折射率
7.5自然对流
7.6波动
7.7超极限电流
7.8边界层的传质
7.9在离子交换膜浓缩表面上的浓差极化
参考文献
第8章水解离
8.1电流?pH关系
8.2扩散模型
8.3排斥区
8.4膜表面电位
8.5Wien效应
8.6质子化和去质子化反应
8.7镁离子的水解
8.8关于水解离的实验研究
8.9在海水电渗析中出现的水解离
8.10水解离的机理
参考文献
第9章电流密度分布
9.1在电渗析器中电流密度的分布
9.2环绕绝缘体和电流屏蔽的电流密度分布
参考文献
第10章水力学
10.1溶液流动和I-V曲线
10.2隔板对溶液流动的影响（理论的）
10.3隔板对溶液流动的影响（实验的）
10.4在流道内的局部流动分布
10.5溶液流动对极限电流密度和在流道内静压头损失的影响
10.6空气泡清洁法
10.7隔板的摩擦因子和每个脱盐室的溶液分布
10.8电渗析器中管道内的压力分布
参考文献
第11章极限电流密度
11.1浓差极化、水解离和极限电流密度
11.2扩散层和边界层
11.3由Nernst-Planck方程推得的极限电流密度方程
11.4极限电流密度对电解质浓度和溶液速度的依赖性
11.5基于脱盐室中传质的极限电流密度分析
11.6在膜堆中脱盐室之间溶液速度分布
11.7电渗析器的极限电流密度
参考文献
第12章泄漏
12.1漏电
12.2漏液
参考文献
第13章能耗
13.1在电渗析系统中的能量要求
13.2在膜堆中的能耗
参考文献
第14章膜恶化
14.1膜的性能随着运行时间而变化
14.2表面污染
14.3有机污染
参考文献
应用卷
第15章电渗析
15.1技术概览
15.2电渗析器
15.3电渗析流程
15.4能耗和最佳电流密度
15.5周边的技术
15.6实践
参考文献
第16章倒极电渗析
16.1技术概览
16.2隔板
16.3水的回收率
16.4垢形成的防止
16.5抗有机污染
16.6在膜面上胶体沉积的形成及其除去
16.7硝酸盐和亚硝酸盐的除去
16.8实践
参考文献
第17章双极膜电渗析
17.1技术概览
17.2双极膜的制备
17.3双极膜的性能
17.4实践
参考文献
第18章电去离子
18.1技术概览
18.2EDI系统中的传质
18.3EDI装置的结构和能耗
18.4在EDI过程中的水解离
18.5在EDI过程中弱电离组分的除去
18.6实践
参考文献
第19章电解
19.1技术概览
19.2离子交换膜
19.3在电解系统中的物料流动和电极反应
19.4电解器及其性能
19.5在电解过程中盐水的纯化
参考文献
第20章扩散渗析
20.1技术概览
20.2在扩散渗析中的迁移现象
20.3扩散渗析器及其运行
20.4实践
参考文献
第21章Donnan渗析
21.1技术概览
21.2在Donnan渗析中的质量迁移
21.3实践
参考文献
第22章能量转换
22.1渗析电池
22.2氧化还原流动电池
22.3燃料电池
参考文献

⑶ 离子交换膜原理

离子膜电解法，又称为膜电槽电解法，是通过应用阳离子交换膜将电解槽隔分为阳极室与阴极室，以实现电解产物分离的一种技术。其发展基础是离子交换树脂技术，利用膜的特性选择性透过离子，实现浓缩、脱盐、净化、提纯及电化合成。该技术广泛应用于氯碱生产、海水淡化、工业用水与超纯水制备、药品精制、电镀废液回收及放射性废水处理等。应用最广泛且成效显著的是氯碱工业，在此领域通过电解食盐或氯化钾溶液生成氯气、氢气及高纯度烧碱或氢氧化钾。经过两次精制的浓食盐水连续进入阳极室，在电场作用下钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，生成氢氧化钠与氢气，而氯离子受到限制，主要在阳极上氧化为氯气。剩余淡盐水经脱氯、盐饱和及精制后返回阳极室，形成盐水循环。氢氧化钠溶液一部分作为产品，另一部分加入纯水后返回阴极室，循环控制水量并带走热量。现代阳离子交换膜以聚氟烃织物增强的全氟磺酸-全氟羧酸复合膜为主，面向阳极的一侧为电阻较小的磺酸基，面向阴极的一侧为含水量低的羧酸基，旨在提高电流效率及亲水性，减少氢气滞留。这类膜适用于极距极小的电解槽，具有能耗低、碱液纯度高、无污染、操作控制方便、适应负荷变化能力强等优点，但成本较高。目前，先进的离子膜技术在4000A/m电流密度下可运转，电流效率达到95%~96%，能直接生产35%浓度的氢氧化钠，使用寿命约为2年。随着离子膜法优势的显现，新建氯碱生产装置一般采用该技术，而原有水银法或隔膜法氯碱厂也会在技术改造时转向离子膜法。