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離子交換膜電解槽的應用
發布時間：2022-01-13 05:23:571. 電解池離子交換膜到底有什麼用
離子交換膜是具有離子交換性能的、由高分子材料製成的薄膜(也有無機離子交換股，但其使用尚不普通)。它與離子交換樹脂相似，都是在高分子骨架上連接一個活性基團，但作用機理和方式、效果都有不同之處。當前市場上離子交換膜種類繁多，也沒有統一的分類方法。一般按膜的宏觀結構分為三大類：
1. 非均相離子交換膜 由粉末狀的離子交換樹脂加黏合劑混煉、拉片、加網熱壓而成。樹脂分散在黏合劑中，因而其化學結構是不均勻的。
2. 均相離子交換膜 均相離子交換膜系將活性基團引入一惰性支持物中製成。它沒有異相結構，本身是均勻的。其化學結構均勻，孔隙小，膜電阻小，不易滲漏，電化學性能優良，在生產中應用廣泛。但製作復雜，機械強度較低。
3. 半均相離子交換膜 也是將活性基團引入高分子支持物製成的。但兩者不形成化學結合，其性能介於均相離子交換膜和非均相離子交換膜之間。
此外，離子交換膜按功能及結構的不同，可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜、兩性交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質復合物膜五種類型。離子交換膜的構造和離子交換樹脂相同，但為膜的形式。
離子交換膜可裝配成電滲析器而用於苦鹹水的淡化和鹽溶液的濃縮。電滲析裝置的淡化程度可達一次蒸餾水純度。也可應用於甘油、聚乙二醇的除鹽，分離各種離子與放射性元素、同位素，分級分離氨基酸等。此外，在有機和無機化合物的純化、原子能工業中放射性廢液的處理與核燃料的制備，以及燃料電池隔膜與離子選擇性電極中，也都採用離子交換膜。離子交換膜在膜技術領域中佔有重要的地位，它對仿生膜研究也將起重要作用。
2. 離子膜電解操作流程
又稱膜電槽電解法，是利用陽離子交換膜將單元電解槽分隔為陽極室和陰極室，使電解產品分開的方法。離子膜電解法是在離子交換樹脂（見離子交換劑）的基礎上發展起來的一項新技術。利用離子交換膜對陰陽離子具有選擇透過的特性，容許帶一種電荷的離子通過而限制相反電荷的離子通過，以達到濃縮、脫鹽、凈化、提純以及電化合成的目的。這項技術已經用於氯鹼的生產,海水和苦鹹水的淡化，工業用水和超純水的制備,酶、維生素與氨基酸等葯品的精製，電鍍廢液的回收，放射性廢水的處理等方面，其中應用最廣泛、成效最顯著的是氯鹼工業。在氯鹼工業中，利用陽離子交換膜電解槽電解食鹽或氯化鉀水溶液來製造氯氣、氫氣和高純度的燒鹼（氫氧化鈉）或氫氧化鉀。1975年日本旭化成工業公司製成全氟羧酸型離子交換膜，首先實現離子膜電解法制燒鹼，同年日本實現工業化生產。
工藝流程 經過兩次精製的濃食鹽水溶液連續進入陽極室（圖1[離子膜電解法生產流程]）,鈉離子在電場作用下透過陽離子交換膜向陰極室移動，進入陰極液的鈉離子連同陰極上電解水而產生的氫氧離子生成氫氧化鈉，同時在陰極上放出氫氣。食鹽水溶液中的氯離子受到膜的限制，基本上不能進入陰極室而在陽極上被氧化成為氯氣。部分氯化鈉電解後，剩餘的淡鹽水流出電解槽經脫除溶解氯，固體鹽重飽和以及精製後，返回陽極室，構成與水銀法類似的鹽水環路。離開陰極室的氫氧化鈉溶液一部分作為產品，一部分加入純水後返回陰極室。鹼液的循環有助於精確控制加入的水量，又能帶走電解槽內部產生的熱量。
離子膜電解槽 根據供電方式的不同，分為復極式和單極式兩種。復極式電解槽的各單元電解槽串聯相接，電解槽的總電壓為各個單元電解槽的電壓之和；電路中各台電解槽並聯。單極式電解槽的各單元電解槽並聯相接，電解槽的總電流為各個單元電解槽的電流之和；電路中各台電解槽串聯。有的離子膜電解槽為板式壓濾機型結構（圖2[壓濾機型離子交換膜電解槽結構]）:在長方形的金屬框內有爆炸復合的鈦－鋼薄板隔開陽極室和陰極室，拉網狀的帶有活性塗層的金屬陽極和陰極分別焊接在隔板兩側的肋片上，離子膜夾在陰陽兩極之間構成一個單元電解槽。大約 100個左右的單元電解槽由液壓裝置組成一台電解器。另外，還有類似板式換熱器的結構，由沖壓的輕型鈦板陽極、離子膜和沖壓的鎳板陰極夾在一起，構成單元電解槽。若干個單元電解槽夾在兩塊端板之間組成一台電解槽。
離子交換膜 側鏈上帶有磺酸基和（或）羧酸基等陰離子官能團的全氟聚合物製成的薄膜。對離子膜的要求：①陽離子選擇透過性好；②電解質擴散率低；③較高的化學穩定性和熱穩定性；④機械強度高，不易變形；⑤電阻小。現代陽離子交換膜大多為聚氟烴織物增強的全氟磺酸－全氟羧酸復合膜。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，能抑制氫氧離子向陽極室移動而提高電流效率，有的還處理成為粗糙的表面，或附有微孔狀無機物薄膜，以增加全氟羧酸膜的親水性，減少氫氣泡在膜表面上的滯留。這種膜適用於兩極間距極小的所謂「零」極距或「膜」間隙的離子交換膜電解槽。
特點 ①總能耗最低（與隔膜電解法和水銀電解法相比），在4000A/m電流密度下，每噸燒鹼的直流電耗為7.56～7.92GJ(2100～2200kWh)；②燒鹼純度高,50％的氫氧化鈉鹼液，含氯化鈉50～60ppm;③無水銀或石棉污染環境的問題；④操作、控制都比較容易；⑤適應負荷變化的能力較大；⑥要求用高質量的鹽水；⑦離子膜的價格比較昂貴。
現狀和展望 80年代初，先進的離子膜可在 4000A/m的電流密度下運轉,電流效率為95％～96％;可以直接生產濃度為35％的氫氧化鈉，離子膜的使用壽命約為2年。由於離子膜法具有較多的優點,今後新建的氯鹼生產裝置一般將採用離子膜法。現有的水銀法或隔膜法氯鹼廠也會有一部分在技術改造時轉換為離子膜法。
3. 離子交換膜電解槽的組成是什麼陽離子交換膜的作用是什麼
①離子交來換膜電解自槽的組成
由陽極（金屬鈦網）、陰極（碳鋼網）、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成，電解槽由若干個單元槽串聯或並聯組成。下圖表示一個單元槽的示意圖。
②陽離子交換膜的作用
將電解槽隔成陰極室和陽極室，它只允許陽離子（Na＋）通過，而阻止陰離子（Cl－、OH－）和氣體通過。這樣既能防止陰極產生的H2和陽極產生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影響燒鹼的質量。
4. 離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、
銅是來 導電用的（其它沒作用）
鈦網耐腐蝕更強 而且沒有雜質
串聯組成
鈦 釕 更耐腐蝕
使用碳鋼是為了減少成本財鍍鎳等稀有金屬（釕等）
5. 氯鹼工業中離子交換膜的作用是什麼
陽離子交換膜有來一種特殊的性質自，即它只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過，也就是說只允許na+通過，而cl-、oh-和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產生的h2和陽極產生的cl2相混合而引起爆炸，又能避免cl2和na護揣篙廢蕻肚戈莎恭極oh溶液作用生成naclo而影響燒鹼的質量。
cl-比oh-更易失去電子，在陽極被氧化成氯原子，氯原子結合成氯分子放出。
陽極反應：2cl-－2e-=cl2↑（氧化反應）
h+比na+容易得到電子，因而h+不斷地從陰極獲得電子被還原為氫原子，並結合成氫分子從陰極放出。
陰極反應：2h+＋2e-＝h2↑（還原反應）
總反應
2nacl+2h2o=2naoh+cl2+h2
工業上利用這一反應原理，製取燒鹼、氯氣和氫氣。
在上面的電解飽和食鹽水的實驗中，電解產物之間能夠發生化學反應，如naoh溶液和cl2能反應生成naclo、h2和cl2混合遇火能發生爆炸。在工業生產中，要避免這幾種產物混合，常使反應在特殊的電解槽中進行。
6. 圖1是氯鹼工業中離子交換膜電解槽示意圖，其中離子交換膜是「陽離子交換膜」，它有一特殊的性質——只允
| ⑴、來Ca 2+ +CO  2 O + O 2 ↑ ③、NaOH，H 2 O（加少量稀硫酸）。
7. 為何食鹽的電解常用陽離子交換膜電解槽而不常用陰離子交換膜電解槽 ClO-也是陰離子，可能就得到NaClO，減少了氯氣量。 8. (10分)化學原理常應用於工業生產，如氯鹼工業和硫酸工業：（1）氯鹼工業用到的設備為離子交換膜電解槽，
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