氯碱工业与电解中的离子交换膜

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1、氯碱工业与电解中的离子交换膜演讲:苏宇课题组成员:林悦炜张桐潘金龙苏宇12NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2工业上制烧碱和氯气的主要原理21、隔膜法（又叫石墨阳极法）    使用历史久，目前仍在广泛使用。能耗大，阳极石墨损耗快，一般只能使用6-8个月，并且阳极产生的石墨碎屑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    六十年代发展起来的技术，使用带有金属氧化物涂层的金属阳极代替石墨阳极，被誉为氯碱工业的一大革命。特点是对电解液的分解电压低，因此，显著降耗。耐腐蚀性好，具有较高的

2、催化活性。金属阳极的使用寿命长，可达十年、二十年，甚至更长时间。与前法相比，可使隔膜的寿命延长一倍左右。但是，金属阳极法会导致副产品Cl2中含氧量增加。以上两法电解槽中产生的氯气、氢气含有大量的水分，不能直接使用，需要经过冷却、干燥和洗涤，然后加压输送给用户。电解槽出来的烧碱含NaOH只有10℅—11℅，并含有大量食盐，还需要经过蒸发并将盐分从碱液中分离。3、水银法    优点：生产的碱液浓度大，纯度高，可以直接利用。    缺点：槽电压高，浪费能源，电解槽及汞的价格高，水银（即汞，易挥发，有剧毒）对环境有严重的污染

3、。传统的氯碱工业生产方法能耗大，寿命短产物纯度低，分离难毒！！3是氯碱工业生产的第三代工艺，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，对离子的隔离效果好，电流效率高。前面的三种生产工艺都是采用石棉隔离阳极和阴极，隔离效果差。    本法生产所得碱液中食盐含量极微，因而能制得高质量的烧碱。是一项值得推广的烧碱生产技术。离子交换膜法看上去不错4为什么这么完美?我有传说中的离子交换膜……离子膜法的优点总投资省出槽NaOH浓度高，质量好氯气纯度高含氢、氧量低能耗低污染少5中间的隔开阴阳极

4、的选择透过膜就是离子交换膜6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），也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、电渗析以及化学电源等领域下面，从以下几方面浅谈离子交换膜：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7离子交换膜的结构离子交换膜的化学结构一般表示为：离子交换膜高分子母体（基膜）活性离子交换基团固定离子可解离离子（相对离子或反离子）8例如：对于R-SO3HR-SO3-H基膜固定离子可解离离子基膜是高分子母体，是膜状高聚物，

5、大都由长链状高分子部分与交联部分形成体型网状结构。但这样构成的基膜还需要引入活性离子交换基团才能成为离子交换膜。这些活性基团由等电荷的阳离子和阴离子组成，其中与基膜相联结、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。当膜置于电解质溶液中时，它将电离，与同种电荷离子发生交换。9全氟离子膜的离子簇结构示意图右图是全氟离子膜的示意图，可将其分为三个区域：憎水的碳氟主链区（A处），由水分子、固定离子、相对离子及部分碳氟高聚物侧链构成的“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形成的网络结

6、构是膜内离子和水分子迁移过程的唯一通道（如下图）。由于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，因而对于带负电荷的且水化半径较大的OH-的阻力远大于Na+，这也是离子膜具有选择透过性的原理。显然ABC这些通道的长短及宽窄，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。10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粘合作用的高分子材料加工而成，具有不连续的结构，电化学性能差，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

7、一相，因此离子交换基团分布均匀且连续，并具有良好的电化学性能按用途分类1、电解用膜2、电渗析用膜3、扩散渗析膜……11按交换基团分类1、阳离子交换膜带酸性的离子交换基团的离子交换膜，按解离度的大小，又可分为：（1）强酸性膜，如磺酸（R-SO3H），离解度高，常在盐水分离中使用。（2）弱酸性膜，如羧酸（RCOOH），易受pH的影响，适用于碱性介质中使用（如氯碱工业）2、阴离子交换膜带碱性的离子交换基团的离子交换膜，按解离度的大小，又可分为：（1）强碱性膜，如季铵型膜，离解度高，广泛适用（2）弱碱性膜，如仲铵型膜，离解度较低，

8、受pH影响，适用于酸性介质12离子交换膜的性能离子交换膜的性能包括化学性能、机械物理性能和电化学性能1、化学性能（1）离子交换基团的pK值它表示交换基团的离解度。若以SH表示离子交换基团，则其离解平衡及离解平衡常数K为：显然，pK值较小时，基团较易解离，膜的导电性较强。gggg13由式子可以看出，为发挥