氯碱工业与电解中的离子交换膜讲演:苏宇课题组成员:林悦炜1、隔膜法（又叫石墨阳极法）使用历史久，目前仍在广泛使用。煤耗大，阳极石墨耗损快，通常只能使用6-8个月，但是阳极形成的石墨残渣严重影响石棉隔膜的使用寿命，石棉隔膜寿命只有7-8个月。2、金属阳极法六十年代发展上去的技术，使用带有金属氧化物镀层的金属阳极取代石墨阳极，被誉为氯碱工业的一大革命。特征是对电解液的分解电抬高，为此，明显减排。耐腐蚀性好，具有较高的催化活性。金属阳极的使用寿命长，可达六年、二六年，甚至更长时间。与前法相比，可使隔膜的寿命延长一倍左右。并且，金属阳极法会造成副产品Cl中含氧量降低。以上两法电解槽中形成的二氧化碳、氢气富含大量的水份，不能直接使用，须要经过冷却、干燥和漂洗，之后加压输送给用户。电解槽下来的氢氟酸含NaOH只有10—11，并富含大量精盐，还须要经过蒸发并将盐分从溶液中分离。3、水银法优点：生产的溶液含量大，含量高，可以直接借助。缺点：槽电流高，浪费能源，电解槽及汞的价钱高，水银（即汞，易挥发，有剧毒）对环境有严重的污染。传统的氯碱工业生产方式煤耗大，寿命短产物含量低，分离难是氯碱工业生产的第三贴牌艺，也是目前氯碱工业的先进技术。
离子交换膜法是用阳离子交换膜隔离了阳极和阴极，对离子的隔离疗效好，电压效率高。后面的三种生产工艺都是采用石棉隔离阳极和阴极，隔离疗效差。本法生产所得溶液中精盐浓度极微，因此能制得高质量的氢氟酸。是一项值得推广的氢氟酸生产技术。离子交换膜法看起来不错为何如此完我有传说中的离子交换离子膜法的优点总投资省出槽NaOH含量高，质量好二氧化碳含量高含氢、氧量低煤耗低污染少离子交换膜离子交换膜是一种具有离子选择透过性能的高分子功能膜（或分离膜），亦称为离子选择性透过膜。广泛应用于工业电解，如氯碱工业、水电解、有机电合成，水处理、电渗析以及物理电源等领域下边，从以下几方面探讨离子交换膜：1、离子交换膜的结构2、离子交换膜的分类3、离子交换膜的性能离子交换膜的结构离子交换膜的物理结构通常表示为：高分子母体（基膜）活性离子交换官能团固定离子可解离离子（相对离子或反离子）基膜固定离子可解离离子基膜是高分子母体，是膜状共聚物，大都由长链状高分子部份与交联部份产生身材网状结构。但这样构成的基膜还须要引入活性离子交换官能团能够成为离子交换膜。这种活性羧基由等电荷的阳离子和阴离子组成，其中与基膜相连结、不能解离的离子成为固定离子，而与之平衡的离子则称相对离子。
当膜放在电解质氨水中时，它将电离，与同种电荷离子发生交换。10全氟离子膜的离子簇结构示意图下图是全氟离子膜的示意图，可将其分为三个区域：憎水的碳氟侧链区（A处），由水份子、固定离子、相对离子及部份碳氟共聚物基团构成的“离子簇区”（C区），以及之间的过渡区域（B区）。全氟离子膜内给离子簇间产生的网路结构是膜内离子和水份子迁移过程的惟一通道（如右图）。因为离子簇的周壁带着负电荷的固定离子，而各离子簇之间通道既短又窄，因此对于带负电荷的且水化直径较大的OH-的阻力远小于Na+，这也是离子膜具有选择透过性的原理。其实这种通道的长短及宽窄，以及离子簇内离子的多少及状态，都将影响离子膜传递离子过程及膜的性能。11离子交换膜的分类按膜体结构分类1、非均相离子交换膜由离子交换树脂粉末与起黏合作用的高分子材料加工而成，具有不连续的结构，电物理性能差，但机械性能尚可，最大优点是价廉2、均相离子交换膜离子交换树脂与成膜的高分子母体为一相，因而离子交换官能团分布均匀且连续，并具有良好的电物理性能按用途分类1、电解用膜2、电渗析用膜3、扩散渗析膜12按交换官能团分类1、阳离子交换膜带碱性的离子交换官能团的离子交换膜，按解离度的大小，又可分为：（1）强碱性膜，如磺酸（R-SOH），离解度高，常在盐水分离中使用。
（2）强酸性膜，如乙酸（RCOOH），易受pH的影响，适用于酸性介质中使用（如氯碱工业）2、阴离子交换膜带酸性的离子交换官能团的离子交换膜，按解离度的大小，又可分为：（1）强酸性膜，如季铵型膜，离解度高，广泛适用（2）弱酸性膜，如仲铵型膜，离解度较低，受pH影响，适用于碱性介质13离子交换膜的性能离子交换膜的性能包括物理性能、机械化学性能和电物理性能1、化学性能（1）离子交换官能团的pK值它表示交换官能团的离解度。若以SH表示离子交换官能团，则其离解平衡及离解平衡常数K为：其实，pK值较小时，羧基较易解离，膜的导电性较强。14由多项式可以看出，为发挥离子交换基团的功能，离子膜工作时，膜外碱液的pH须小于pK值，此时离子交换膜中的离子交换官能团能够离解。离子膜的pK值不同，对工作介质的pH范围要求也不同。诸如，强碱性的磺酸离子膜，其离子交换官能团离解度较大，因而pK较小，较易满足pHpK的条件，即pH可在较大范围内变化，而膜的导电性能也好。而强酸性的乙酸膜，其离解度较小，pK值较大，所以膜外容许的pH至变化范围较窄，通常只有pH7时离子交换官能团才离解，因而乙酸膜适合于酸性滤液中使用。故离子膜的pK值是决定其工作条件及导电率的重要诱因之一，而膜的pK值则取决于膜的组成和结构，15（2）离子交换膜的交换容量和当量质量交换容量：1g干膜所含交换官能团的微克当量数当量质量：等于交换容量的倒数，数学意义是具有1mg当量交换官能团的干膜质量。
离子膜的交换容量取决于离子膜的组成，结构，基膜的交换交联度，制造工艺等。当交换容量减小时，膜中交换官能团密度大，膜的导电性降低；但交换容量降低的同时，因为交换官能团的亲水性，膜中含水率提升，使膜中通道膨胀，OH离子较易通过，即反渗提高，使膜的选择通过性增加。因此交换容量对膜的性能有多方面影响，使用时应给以全面考虑。（3）膜的物理稳定性离子交换膜在给定条件下的物理稳定性是保证使用的首要条件。诸如：在氯碱工业中，离子膜既要对碱稳定，又要抗二氧化碳的腐蚀，醇类链的离子膜就难以使用，而碳氟链的骨架则稳定耐腐。162、机械化学性能（1）膜的含水率和蠕变度含水率：每克干膜的含水量成为含水率。取决于结构，与膜中异戊二烯的交联度和交换容量都有关系，含水率的影响：增大使导电性增强，但机械硬度和选择性增长缩聚度：离子膜在给定的氨水中浸洗后，粒子的面积或容积变化的百分比。膜本身的结构及使用条件同样影响着膜的蠕变度。当膜的结晶度或交联度提升后，网状结构密度加强，蠕变度增加。当交换容量减小时，活性官能团增多，蠕变度减小当膜的使用条件变化时，如介质体温、浓度变化时，常常导致缩聚度的变化，可能造成膜的皱褶、弯曲，甚至断裂或减小阻力。
因此，一方面要稳定使用条件，另一方面可在均相膜中加入提高材料。（2）膜的机械硬度抗压，伸长率的能力。热学性质，此处不作讨论173、电物理性能（1）膜的导电性膜的导电性直接关系到电物理反应器的电阻、工作电流和煤耗，即便增强膜的导电性、降低内阻有利于降糖节能。影响诱因：膜的成份与结构及膜的工作条件（2）膜的选择透过性离子膜对于某种离子的选择透过性可用以下公式表示：选择透过性P=(t为i离子在膜外碱液的迁移数。子膜具有理想的选择性，影响膜选择透过性的诱因包括外碱液含量、温度及电压密度等等一般把某种离子传递的电量与总电量之比称为该离子的迁移数(ti)18氯碱工业中的离子交换膜氯碱工业对离子交换膜的要求（1）高稳定性，阳极侧气温高达90摄氏度，并有强腐蚀性的含Cl、HClO的碱性盐水，阴极为高含量氢氟酸，对离子膜的稳定性要求很高（２）高选择性，只容许Ｎａ通过。因此能够提升电压效率，并可以提升二氯甲烷的含量和含量。（３）足够的机械硬度和规格稳定性（４）较低的膜内阻19氯碱工业常用的离子交换膜常使用全氟离子交换膜,是以四氟乙烯和六氟醇酸乙炔为原料所制成的络合物,通常来说具有以下结构:CF其中m=0或1；n=2~12；X为离子交换官能团其实m，n，X不同时离子膜的性能不同20常见的离子交换官能团包括磺酸官能团（－SO乙酸官能团（－COOH）磺丙酯官能团（—SONHR）乙酸官能团（—PO—OH）前面两种仍未实现工业化，投入工业生产的为全氟磺酸膜、全氟乙酸膜、全氟磺丙酯膜、全氟磺酸乙酸复合膜2122离子膜法的不足之处1、盐水要经过二次精制因为离子膜的孔径很小，要求步入电解槽的Ca的浓度高于20毫克每升，普通的物理精制法只能把其浓度增加到10mg/L左右，要使杂质浓度达要求，就必须将悬浮物降到1mg/L以下，再用螯合树脂处理，这是其他方式所没有的2、离子膜本身的费用较高电流过大对离子交换膜，不易保养，需悉心维23展望……随着科技的进步电流过大对离子交换膜，会找到更适宜电解的材料：选择性更强、成本更低的离子膜，这就需要物理工作者们的不懈努力，相信今天的离子膜，会更完美化院的朋友们，你们一起努力！！为祖国的化工建设，打下理论的基础！24课题组活动记录：11月2日,图书馆查找资料11月9日，课题讨论，查找资料11月16日，课题讨论课题组分工：主任，企划，组织——张桐讲演——苏宇ppt制做——潘金龙更改建立——林悦炜课题组主要活动25参考文献1、陈延禧《电解工程》，上海科学技术出版社，1993.82、程殿彬等《离子膜法治碱生产技术》化学工业出版社，1998.1《氯碱生产剖析》，物理工业出版社，1996.126