A. 離子交換膜的作用
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。
B. 膜技術的電滲析
在直流電場作用下,利用陰、陽離子交換膜對溶液中的陰、陽離子的選擇透過回性,分離溶答質和水。
陰膜只讓陰離子通過;陽膜只讓陽離子通過。
陰極:
還原反應:2H+ +2e → H2↑
陰極室溶液呈鹼性,結垢
陽極:
氧化反應:4OH- → O2↑+2H2O +4e
或 2Cl-→Cl2↑+2e
陽極室溶液呈酸性,腐蝕
特點:只能將電解質從溶液中分離出去。不能去除有機物等。 離子交換樹脂:樹脂與離子之間發生交換反應
離子交換膜:對溶液中的離子具有選擇透過的特性★按其結構分為:異相膜、均相膜。
異相膜:離子交換樹脂磨成粉末,加入粘合劑,滾壓在纖維網上。
均相膜:離子及交換樹脂的母體材料製成連續的膜狀物,作為底膜,然後在上面嵌接上活性基團。
★按離子選擇性分:
陽離子交換膜(一般為聚苯乙烯磺酸型):R-SO3H,在水中電離後,呈負電性
陰離子交換膜(聚苯乙烯季胺型):R-CH2 N(CH3)3OH,電離後,呈正電性
★離子交換膜選擇透過性主要是由於:
1)膜的孔隙結構;2)活性交換基團的作用。
★離子交換膜是電滲析的關鍵部分,良好的電滲析應在於:
1)高的離子選擇性;2)滲水性差;3)導電性好;4〕化學穩定性和機械強度。
C. 離子交換膜的介紹
一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。因為一般在應用時主要是利用它的離子選擇透過性,所以也稱為離子選擇透過性膜。
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。
不管膜多薄, 它一定有兩個界面。這兩個界面分別與兩側的流體相接觸
膜傳質有選擇性,它可以使流體相中的一種或幾種物質透過,而不允許其它物質透過。
D. 透析,微濾,超濾,納濾,反滲透,電滲析,滲透氣化等膜分離技術各自的特點
1.透析(dialysis)是通過小分來子經過半源透膜擴散到水(或緩沖液)的原理;
2.微濾適用於細胞、細菌和微粒子的分離,在生物分離中,廣泛用於菌體的分離和濃縮,目標物質的大小范圍為0.01-10 μm,一般用於預處理;
3.超濾技術的優點是沒有相的轉變,無需添加任何強烈的化學物質,可以在低溫下操作,過濾速度較快,便於無菌處理等,一般用於預處理;
4.納濾 特點是能截留小分子的有機物並可同時透析出鹽,集濃縮與透析於一體;
操作壓力低,因為無機鹽能通過納米濾膜而透析,使得納米過濾的滲透壓遠比反滲透為低,所以納米過濾所需的外加壓力比反滲透低得多;
5.反滲透法具有設備構型緊湊,佔地面積小、單位體積產水量及能量消耗少等優點;
6.電滲析的特點時可以同時對電解質水溶液起淡化、濃縮、分離、提純作用、可以用於蔗糖等非電解質的提純,以除去其中的電解質、在原理上,電滲析器是一個帶有隔膜的電解池,可以利用電極上的氧化還原效率高;
7.滲透氣化對共沸物系和近沸物系等難分物系的分離, 顯示特有的優越性。
E. 反滲透膜與離子交換膜的選擇透過性有何根本上的區別
離子交換膜是對離子具有選擇透過性的高分子材料製成的薄膜,陽離子版膜通常是磺酸型的,帶有權固定基團和可解離的離子
如鈉型磺酸型:固定基團是磺酸根
解離離子是鈉離子,陽離子交換膜可以看作是一種高分子電解質,他的高分子母體是不溶解的,
F. 什麼情況下離子交換膜具有選擇透過性 是單向選擇透過還是雙向選擇透過
離子交換膜是對離子具有選擇透過性的高分子材料製成的薄膜。
在溶液中離子交內換具有選擇透過性。容一般情況下,離子交換膜大多是用於電滲析、電除鹽。舉個例子,在正、負兩電極之間交替地平行放置陽離子交換膜和陰離子交換膜。陽膜常含有帶負電荷的酸性活性基團,能選擇性地使溶液中的陽離子透過,而溶液中的陰離子則因受陽膜上所帶負電荷基團的同性相斥作用不能透過陽膜。陰膜通常含有帶正電荷的鹼性活性基團,能選擇性地使陰離子透過,而溶液中的陽離子則因陰膜上所帶正電荷基團的同性相斥作用不能透過陰膜。
因而其是選擇性是單向的。
G. 離子交換膜的特點是什麼
1)離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。2)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。3)離子交換膜的膜電阻和選擇透過性是膜的電化學性能的重要指標。陽離子在陽膜中透過性次序為: Li+>Na+>NH4+>K+>Rb+>Cs+>Ag+> Tl+>Mg2+>Zn2+>Co2+>Cd2+> Ni2+>Ca2+>Sr2+>Pb2+>Ba2+ 陰離子在陰膜中透過性次序為: F->CH3COO->HCOO->Cl->SCN->Br-> CrO4->NO3->I->(COO)2-(草酸根)>SO42-4)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。
H. 離子膜有哪些類,各有什麼特點
管式膜主要應用於管式膜組件
管式膜組件結構簡單、適應性強、壓力損失專小、屬透過量大,清洗、安裝方便、可耐高壓,適宜處理高粘度及稠厚液體。但比表面積小,適於微濾和超濾。
中空纖維膜
外形像纖維狀,具有自主支撐作用的膜。它是非對稱膜的一種,其緻密層可位於纖維的外表面,如反滲透膜,也可位於纖維的內表面(如微濾膜和超濾膜)。對氣體分離膜來說,緻密層位於內表面或外表面均可。
擴散性膜
擴散性膜亦稱「分離膜」。一種具有微細多孔結構的金屬膜片。微孔可限制普通氣流,而容許擴散流通過,因此可以利用質量差異來進行同位素分離。它的研製是氣體擴散廠的主要技術關鍵。
離子交換膜
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離子交換膜主要用於荷電物質(通常指電解質)的分離。基本原理是利用陰、陽離子交換膜的選擇透過性來分離或濃縮溶液中的電解質。
選擇性膜
選擇性透過膜是具有活性的生物膜,它對物質的通過既具有半透膜的物理性質,還具有主動的選擇性,如細胞膜。因此,具有選擇透過性的膜必然具有半透性,而具有半透性的膜不一定具有選擇性透過,活性的生物膜才具有選擇透過性
反滲透膜
納濾膜
超濾膜
微濾膜
I. 離子交換膜法電解工藝有哪些特點
離子交換膜具有選擇透過性。它只讓Na + 帶著少量水分子透過,其它回離子難以透過。電解答時從電解槽的下部往陽極室注入經過嚴格精製的
NaCl溶液,往陰極室注入水。在陽極室中Cl - 放電,生成 C1 2 ,從電解槽頂部放出,同時 Na + 帶著少量水分子透過陽離子交換膜流向陰極室。在陰極室中
H + 放電,生成 H 2 ,也從電解槽頂部放出。但是剩餘的 OH - 由於受陽離子交換膜的阻隔,不能移向陽極室,這樣就在陰極室里逐漸富集,形成了
NaOH溶液。隨著電解的進行,不斷往陽極室里注入精製食鹽水,以補充NaCl的消耗;不斷往陰極室里注入水,以補充水的消耗和調節產品NaOH的濃度。所得的鹼液從陰極室上部導出。因為陽離子交換膜能阻止Cl
- 通過,所以陰極室生成的
NaOH溶液中含NaCl雜質很少。用這種方法製得的產品比用隔膜法電解生產的產品濃度大,純度高,而且能耗也低,所以它是目前最先進的生產氯鹼的工藝。
J. 離子交換膜的原理是什麼
離子交換膜又稱離子選擇透過性膜。
按其功能和結構的不同,可分為陽離版子交換膜、權陰離子交換膜、兩性交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質復合膜5種。離子交換膜的構造和離子交換樹脂相同,但為膜的形式。
離子交換膜可製成均相膜和非均相膜兩類。採用高分子的加工成型方法製造。①均相膜。先用高分子材料如丁苯橡膠、纖維素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等製成膜,然後引入單體如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等,在膜內聚合成高分子,再通過化學反應引入所需功能基。也可通過甲醛、苯酚等單體聚合製得。②非均相膜。用粒度為200~400目的離子交換樹脂和普通成膜性高分子材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等充分混合後加工成膜製得。為免失水乾燥而變脆破裂,須保存在水中。
離子交換膜主要應用於海水淡化,甘油、聚乙二醇的除鹽,放射性元素、同位素及氨基酸的分離,有機物及無機物純化,放射性廢液處理,燃料電池隔膜及選擇性電極等。