隔膜法電解與離子交換膜法

6. 隔膜法電解的原理

由於隔復膜電解技術制在氯鹼工業中得到了廣泛的應用, 故以最新的制鹼工藝———離子交換膜電解法為例來說明其原理。用一陽離子交換膜分隔電解槽中陰陽極室, 構成兩室電解槽, 向陽極室引入飽和NaCl 溶液, 陰極室引入蒸餾水, 在外加直流電場作用下, 陽極產生氯氣, 陰極上產生氫氣。由於陽離子交換膜的固定基團(R-SO-3-)帶負電荷, 它和溶液中的Na+離子異性電荷相吸, 結果只允許Na +離子通過, 而對Cl-離子排斥, 於是Na+離子遷入陰極室, 它和OH- 相結合, 生成NaOH。電極主要反應為:
在陽極室:NaCl==Na ++Cl - (1)2Cl==Cl2 +2e (2)在陰極室上:H2O==H ++OH - (3)2H+ +2e ==H2 (4)Na++OH-==NaOH (5)以上是利用離子交換膜電解食鹽水生產鹼的原理。
電極反應一般為陰極室的陰極上發生的還原反應, 陽極室中的陽極上發生諸如釋放Cl2 的氧化反應。

7. 離子交換膜法電解石鹽水

離子交換樹脂是一類具有離子交換功能的高分子材料。在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號離子進行交換。按交換基團性質的不同，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。

1．離子交換膜電解槽的構成

離子交換膜電解槽

主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成；每台電解槽由若干個單元槽串聯或並聯組成。陽極用金屬鈦網製成，為了延長電極使用壽命和提高電解效率，陽極網上塗有鈦、釕等氧化物塗層；陰極由碳鋼網製成，上面塗有鎳塗層；離子交換膜把電解槽分成陰極室和陽極室。

電極均為網狀，可增大反應接觸面積，陽極表面的特殊處理是考慮陽極產物Cl2的強腐蝕性。

離子交換膜法制燒鹼名稱的由來，主要是因為使用的陽離子交換膜，該膜有特殊的選擇透過性，只允許陽離子通過而阻止陰離子和氣體通過，即只允許H＋、Na+通過，而Cl－、OH－和兩極產物H2和Cl2無法通過，因而起到了防止陽極產物Cl2和陰極產物H2相混合而可能導致爆炸的危險，還起到了避免Cl2和陰極另一產物NaOH反應而生成NaClO影響燒鹼純度的作用。

2．離子交換膜法電解制鹼的主要生產流程

精製的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室，通電後H2O在陰極表面放電生成H2，Na+則穿過離子膜由陽極室進入陰極室，此時陰極室導入的陰極液中含有NaOH；Cl－則在陽極表面放電生成Cl2。電解後的淡鹽水則從陽極室導出，經添加食鹽增加濃度後可循環利用。

陰極室注入純水而非NaCl溶液的原因是陰極室發生反應為2H++2e－=H2↑；而Na+則可透過離子膜到達陰極室生成NaOH溶液，但在電解開始時，為增強溶液導電性，同時又不引入新雜質，陰極室水中往往加入一定量NaOH溶液。

氯鹼工業的主要原料：飽和食鹽水，但由於粗鹽水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等雜質，遠不能達到電解要求，因此必須經過提純精製。
參考資料：http://www.5ichem.com/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=804

8. 氯鹼工業中用離子交換膜法電解制鹼的主要生產流程示意圖如圖1所示；氯鹼工業中用離子交換膜法電解制鹼的

（1）由圖示可知電源負極產生了氫氧化鈉溶液，所以溶液的pH值升高；
（2）加入的試回劑與硫酸根離子答反應生成硫酸鋇沉澱，加入的試劑必須是可溶性的鋇鹽，還不能引入新的陰離子，如果用硝酸鋇就會引入硝酸根離子了，所以用氯化鋇試劑；
（3）根據除去鈣離子用碳酸根離子進行沉澱，除去鎂離子用氫氧根離子進行沉澱，除去硫酸根離子用鋇離子沉澱，過量的鋇離子需要用碳酸根離子除去，加入Na₂CO₃的順序必須在加入鋇離子的後面即可，所以b正確；
（4）根據循環圖，可以循環使用的物質是氯化鈉；
（5）因為氯化鈉的溶解度隨溫度變化不大，所以可以採用蒸發溶劑結晶再進行過濾的方法，除去氫氧化鈉中的氯化鈉．
故答案為：（1）升高；（2）c；（3）b；（4）淡鹽水（NaCl）；（5）過濾．

9. 離子膜電解法的離子膜電解法

萊特.萊德又稱膜電槽電解法，是利用陽離子交換膜將單元電解槽分隔為陽極室和內陰極室，使電解容產品分開的方法。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。

經過兩次精製的濃食鹽水溶液連續進入陽極室(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，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。

10. 離子交換膜法電解的優缺點

電流效率高，耗電能低，電解槽電阻小，所得減溶液為純溶液。