離子交換膜電解槽結構

❽ 下圖是氯鹼工業中離子交換膜電解槽示意圖，其中離子交換膜為「陽離子交換膜」，它有一特殊的性 質--只允

❾ 離子交換膜法電解食鹽水具體原理 謝謝

二、離子交換膜法制燒鹼
1．離子交換膜電解槽的構成

離子交換膜電解槽

主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成；每台電解槽由若干個單元槽串聯或並聯組成。陽極用金屬鈦網製成，為了延長電極使用壽命和提高電解效率，陽極網上塗有鈦、釕等氧化物塗層；陰極由碳鋼網製成，上面塗有鎳塗層；離子交換膜把電解槽分成陰極室和陽極室。

電極均為網狀，可增大反應接觸面積，陽極表面的特殊處理是考慮陽極產物Cl2的強腐蝕性。

離子交換膜法制燒鹼名稱的由來，主要是因為使用的陽離子交換膜，該膜有特殊的選擇透過性，只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許H＋、Na+通過，而Cl－、OH－和兩極產物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產物Cl2和陰極產物H2相混合而可能導致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產物NaOH反應而生成NaClO影響燒鹼純度的作用。

上海天原化工廠電解車間的離子交換膜電解槽

2．離子交換膜法電解制鹼的主要生產流程

如圖，精製的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電後H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進入陰極室，此時陰極室導入的陰極液中含有NaOH；Cl－則在陽極表面放電生成Cl2。電解後的淡鹽水則從陽極室導出，經添加食鹽增加濃度後可循環利用。

陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發生反應為2H++2e－=H2↑；而Na+則可透過離子膜到達陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強溶液導電性，同時又不引入新雜質，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。

氯鹼工業的主要原料：飽和食鹽水，但由於粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等雜質，遠不能達到電解要求，因此必須經過提純精製。

❿ 電解槽的主體結構都有哪些組成

電解槽由槽體、陽極和陰極組成，多數用隔膜將陽極室和陰極室隔開。按電解液的不同分為水溶液電解槽、熔融鹽電解槽和非水溶液電解槽三類。當直流電通過電解槽時，在陽極與溶液界面處發生氧化反應，在陰極與溶液界面處發生還原反應，以製取所需產品。對電解槽結構進行優化設計，合理選擇電極和隔膜材料，是提高電流效率、降低槽電壓、節省能耗的關鍵。
電解槽主體結構：
1、陽極
陽極和陰極的作用不同，對材質要求也各異。
分可溶性和不可溶性兩類。在精煉銅用的電解槽中，陽極材料為可溶性的待精煉的粗銅。它在電解過程中溶入溶液，以補充在陰極上從溶液中析出的銅。在電解水溶液（如食鹽水溶液）用的電解槽中，陽極為不溶性的，它們在電解過程基本不發生變化，但對在電極表面上所進行的陽極反應常具有催化作用。在化學工業中，大多採用不溶性陽極。
陽極材料除需滿足一般電極材料的基本需求（如導電性、催化活性強度、加工、來源、價格）外，還需能在強陽極極化和較高溫度的陽極液中不溶解、不鈍化，具有很高的穩定性。長期以來，石墨是使用最廣泛的陽極材料。但石墨多孔，機械強度差，且容易氧化成二氧化碳，在電解過程中不斷地被腐蝕剝落，使電極間距逐漸增大，槽電壓升高。用於電解食鹽水溶液時，石墨電極上的析氯過電位也較高。
60年代H.比爾提出的在鈦基上塗覆氧化釕、氧化鈦而形成的金屬氧化物電極是陽極材料的一個重大革新。二氧化釕對某些陽極反應如析氯、析氧具有很好的催化活性，能在高電流密度下工作而槽電壓比較低。最突出特點是具有很好的化學穩定性，工作壽命比石墨陽極長得多。例如在氯鹼生產用的隔膜電解槽中，其壽命可達10年以上。由於它不易腐蝕，尺寸穩定，被稱為形穩性陽極。為適應不同要求和用途，可在塗層中添加其他組分，如加入錫、銥可提高氧的過電位，改善陽極的選擇性，又如加入鉑可提高電極的穩定性等。目前，貴金屬塗層的金屬陽極在化學工業中已得到普遍推廣。
在熔融鹽電解槽中，因電解溫度比水溶液電解槽中高得多，對陽極材料要求更嚴，電解熔融氫氧化鈉，一般可用鋼鐵、鎳及其合金。電解熔融氯化物，只能用石墨。
2、陰極
以金屬或合金作為陰極時，由於在比較負的電位下工作,往往可以起到陰極保護作用，腐蝕性小,所以陰極材料比較容易選擇。在水溶液電解槽中，陰極一般產生析氫反應，過電位較高。因此陰極材料的主要改進方向是降低析氫過電位。除用硫酸作為電解液時必須採用鉛或石墨作陰極外，低碳鋼是常用的陰極材料。為降低電耗，目前採用各種方法制備高比表面積，並具有催化活性的陰極，如多孔鎳鍍層陰極。
為了提高產品質量，也可採用特殊的陰極材料，如在水銀法電解食鹽水溶液製取燒鹼的汞陰極中，利用汞析氫過電位高的特點，使鈉離子放電，生成鈉汞齊，然後在專用的設備中，用水分解鈉汞齊製取高純度、高濃度鹼液。另外，為了節約電能也可採用耗氧陰極，使氧在陰極還原，以代替析氫反應，按理論計算可降低槽電壓1.23V。
3、隔膜
為防止陰、陽兩極產物混合，避免可能發生的有害反應，在電解槽中，基本上都用隔膜將陰、陽極室隔開。隔膜需有一定的孔隙率，能使離子通過，而不使分子或氣泡通過，當有電流流過時，隔膜的歐姆電壓降要低。這些性能要求在使用過程中基本不變，並且要求在陰、陽極室電解液的作用下，有良好的化學穩定性和機械強度。電解水時，陰、陽極室的電解液相同，電解槽的隔膜只需將陰、陽極室隔開，以保證氫、氧純度，並防止氫氧混合發生爆炸。更多見的比較復雜的情況是電解槽中陰、陽極室的電解液組成不同。這時隔膜還需要阻止陰、陽極室電解液中電解產物的相互擴散和作用，如氯鹼生產中隔膜法電解槽中的隔膜，可以增大陰極室氫氧離子向陽極室擴散和遷移的阻力。
隔膜由惰性材料製作，如氯鹼工業中長期使用的石棉隔膜。但石棉隔膜性能不穩定，當鹽水中含有鈣、鎂雜質時，容易在隔膜中生成氫氧化物沉澱，降低透過率；在比較高的溫度和在電解液作用下，還會發生膨脹、松脫。為此可以在石棉中加入樹脂作為增強材料，或以樹脂為主體做成微孔隔膜，在穩定性和機械強度方面都有很大改進。近年來氯鹼生產開發的陽離子交換膜是新型的隔膜材料。它具有對離子透過的選擇性，可使氯離子基本上不進入陰極室，從而可以製得氯化鈉含量極低的鹼液。