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雙極膜電滲析的原理及應用

更新時間:2023-12-29    點擊次數:1073
  雙極膜電滲析是一種離子交換復合膜 , 它通常由陽離子交換層 (N 型膜) 、界面親水層 ( 催化層) 和陰離子交換層 ( P 型膜) 復合而成 , 是真正意義上的反應膜。在直流電場作用下 , 雙極膜可將水離解 ,在膜兩側分別得到氫離子和氫氧根離子。利用這一特點 , 將雙極膜與其他陰陽離子交換膜組合成的雙極膜電滲析系統 , 能夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉化為對應的酸和堿 , 這種方法稱為雙極膜電滲析法。雙極膜電滲析法不僅用于制備酸和堿 , 若將其與單極膜巧妙地組合起來 , 能實現多種功能并可用于多個領域。
  電滲析
  雙極膜是一種新型離子交換復合膜,它通常由陽離子交換層(N型膜)和陰離子交換層(P型膜)復合而成,由于陰、陽膜的復合,給這種膜的傳質性能帶來了很多新的特性。
 
  如同P-N結的發現導致了許多新型半導體器件的發明一樣,用帶有不同電荷密度、不同厚度和性能的膜材料在不同的復合條件下可制成不同性能和用途的雙極膜,其應用最基本的原理是,雙極膜界面層的水分子在反向加壓時發生離解(又稱雙極膜水解離),即將水分解成氫離子和氫氧根離子。
 
  由于雙極膜是由陰、陽離子交換層復合而成,因此雙極膜一層帶正電(陰離子交換層),另一層帶負電(陽離子交換層)。由于這種電荷的不對稱性,用雙極膜代替前述的電滲析的陰、陽膜組成雙極膜電滲析時,其行為與電場的方向有關。
 
  雙極膜電滲析是在上述的水解離和普通電滲析原理的基礎上發展起來的,是以雙極膜代替普通電滲析的部分陰、陽膜或者在普通電滲析的陰、陽膜之間加上雙極膜構成的。雙極膜電滲析的基本應用是從鹽溶液(MX)中制備相應的酸(HX)和堿(MOH)。料液進入三室電滲析膜堆,在直流電場的作用下,鹽的陰離子(X-)通過陰離子交換膜進入酸室,并與雙極膜離解的氫離子生成酸(HX);而鹽的陽離子(M+)通過陽離子交換膜進入堿室,與雙極膜離解的氫氧根離子形成堿(MOH):
 
  MX+H2O→HX+MOH
 
  與普通電滲析相比,雙極膜電滲析有更多的組合方式,并可根據不同的對象進行選擇。利用雙極膜生成酸或堿的原理,使電滲析具有很多的應用,如有機酸的生產、酸性氣體的脫除、食品和化工中的清潔生產和分離等,因此這一技術對社會的可持續發展具有非同尋常的意義。

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