離子膜電解法又稱膜電槽電解法，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(chǎn)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(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。利用離子交換膜對(duì)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(dá)到濃縮、脫鹽、凈化、提純以及電化合成的目的。

基本概念

這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用于氯堿的生產(chǎn),海水和苦咸水的淡化，工業(yè)用水和超純水的制備,酶、維生素與氨基酸等藥品的精制，電鍍廢液的回收，放射性廢水的處理等方面，其中應(yīng)用最廣泛、成效最顯著的是氯堿工業(yè)。在氯堿工業(yè)中，利用陽離子交換膜電解槽電解食鹽或氯化鉀水溶液來制造氯氣、氫氣和高純度的燒堿(氫氧化鈉)或氫氧化鉀。

工藝流程

經(jīng)過兩次精制的濃食鹽水溶液連續(xù)進(jìn)入陽極室(圖1),鈉離子在電場作用下透過陽離子交換膜向陰極室移動(dòng)，進(jìn)入陰極液的鈉離子連同陰極上電解水而產(chǎn)生的氫氧離子生成氫氧化鈉，同時(shí)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(jìn)入陰極室而在陽極上被氧化成為氯氣。部分氯化鈉電解后，剩余的淡鹽水流出電解槽經(jīng)脫除溶解氯，固體鹽重飽和以及精制后，返回陽極室，構(gòu)成與水銀法類似的鹽水環(huán)路。離開陰極室的氫氧化鈉溶液一部分作為產(chǎn)品，一部分加入純水后返回陰極室。堿液的循環(huán)有助于精確控制加入的水量，又能帶走電解槽內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。

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離子膜電解法

側(cè)鏈上帶有磺酸基和(或)羧酸基等陰離子官能團(tuán)的全氟聚合物制成的薄膜。對(duì)離子膜的要求:①陽離子選擇透過性好;②電解質(zhì)擴(kuò)散率低;③較高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性;④機(jī)械強(qiáng)度高，不易變形;⑤電阻小?，F(xiàn)代陽離子交換膜大多為聚氟烴織物增強(qiáng)的全氟磺酸-全氟羧酸復(fù)合膜。面向陽極的一側(cè)為電阻較小的磺酸基;面向陰極的一側(cè)為含水量低的羧酸基，能抑制氫氧離子向陽極室移動(dòng)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(jī)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。這種膜適用于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(diǎn)

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，每噸燒堿的直流電耗為7.56~7.92GJ(2100~2200kWh);

②燒堿純度高,50%的氫氧化鈉堿液，含氯化鈉50~60ppm;

③無水銀或石棉污染環(huán)境的問題;

④操作、控制都比較容易;

⑤適應(yīng)負(fù)荷變化的能力較大;

⑥要求用高質(zhì)量的鹽水;

⑦離子膜的價(jià)格比較昂貴。

現(xiàn)狀和展望

80年代初，先進(jìn)的離子膜可在 4000A/m的電流密度下運(yùn)轉(zhuǎn),電流效率為95%~96%;可以直接生產(chǎn)濃度為35%的氫氧化鈉，離子膜的使用壽命約為2年。由于離子膜法具有較多的優(yōu)點(diǎn),今后新建的氯堿生產(chǎn)裝置一般將采用離子膜法?，F(xiàn)有的水銀法或隔膜法氯堿廠也會(huì)有一部分在技術(shù)改造時(shí)轉(zhuǎn)換為離子膜法。

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