鍍離子交換膜

A. 離子交換的水處理中的應用

EDI(Electro-de-ionization)是一種將離子交換技術、離子交換膜技術和離子電遷移技術(電滲析技術)相結合的純水製造技術。該技術利用離子交換能深度脫鹽來克服電滲析極化而脫鹽不徹底,又利用電滲析極化而發生水電離產生H和OH離子實現樹脂自再生來克服樹脂失效後通過化學葯劑再生的缺陷,是20世紀80年代以來逐漸興起的新技術。經過十幾年的發展,EDI技術已經在北美及歐洲占據了相當部分的超純水市場。
EDI裝置包括陰/陽離子交換膜、離子交換樹脂、直流電源等設備。其中陰離子交換膜只允許陰離子透過,不允許陽離子通過,而陽離子交換膜只允許陽離子透過,不允許陰離子通過。離子交換樹脂充夾在陰陽離子交換膜之間形成單個處理單元,並構成淡水室。單元與單元之間用網狀物隔開,形成濃水室。在單元組兩端的直流電源陰陽電極形成電場。來水水流流經淡水室,水中的陰陽離子在電場作用下通過陰陽離子交換膜被清除,進入濃水室。在離子交換膜之間充填的離子交換樹脂大大地提高了離子被清除的速度。同時,水分子在電場作用下產生氫離子和氫氧根離子,這些離子對離子交換樹脂進行連續再生,以使離子交換樹脂保持最佳狀態。EDI裝置將給水分成三股獨立的水流:純水、濃水、和極水。純水(90%-95%)為最終得到水,濃水(5%-10%)可以再循環處理,極水(1%)排放掉。圖2表示了EDI的凈水基本過程。
EDI裝置屬於精處理水系統,一般多與反滲透(RO)配合使用,組成預處理、反滲透、EDI裝置的超純水處理系統,取代了傳統水處理工藝的混合離子交換設備。EDI裝置進水要求為電阻率為0.025-0.5MΩ·cm,反滲透裝置完全可以滿足要求。EDI裝置可生產電阻率高達15MΩ·cm以上的超純水。 EDI裝置不需要化學再生,可連續運行,進而不需要傳統水處理工藝的混合離子交換設備再生所需的酸鹼液,以及再生所排放的廢水。其主要特點如下:
EDI的凈水基本過程
·連續運行,產品水水質穩定
·容易實現全自動控制
·無須用酸鹼再生
·不會因再生而停機
·節省了再生用水及再生污水處理設施
·產水率高(可達95%)
·無須酸鹼儲備和酸鹼稀釋運送設施
·佔地面積小
·使用安全可靠,避免工人接觸酸鹼
·降低運行及維護成本
·設備單元模塊化,可靈活的組合各種流量的凈水設施
·安裝簡單、費用低廉
·設備初投資大 EDI裝置與混床離子交換設備屬於水處理系統中的精處理設備,下面將兩種設備在產水水質、投資量及運行成本方面進行比較,來說明EDI裝置在水處理中應用的優越性。
(1)產品水水質比較
EDI裝置是一個連續凈水過程,因此其產品水水質穩定,電阻率一般為15MΩ·cm,最高可達18MΩ·cm,達到超純水的指標。混床離子交換設施的凈水過程是間斷式的,在剛剛被再生後,其產品水水質較高,而在下次再生之前,其產品水水質較差。
(2)投資量比較
與混床離子交換設施相比EDI裝置投資量要高約20%左右,但從混床需要酸鹼儲存、酸鹼添加和廢水處理設施及後期維護、樹脂更換來看,兩者費用相差在10%左右。隨著技術的提高與批量生產,EDI裝置所需的投資量會大大的降低。另外,EDI裝置設備小巧,所需廠房遠遠小於混床。
(3)運行成本比較
EDI裝置運行費用包括電耗、水耗、葯劑費及設備折舊等費用,省去了酸鹼消耗、再生用水、廢水處理和污水排放等費用。
在電耗方面,EDI裝置約0.5kWh/t水,混床工藝約0.35kWh/t水,電耗的成本在電廠來說是比較經濟的,可以用廠用電的價格核算。
在水耗方面,EDI裝置產水率高,不用再生用水,因此在此方面運行費用低於混床。
至於葯劑費和設備折舊費兩者相差不大。
總的來說,在運行費用中,EDI裝置噸水運行成本在2.4元左右,常規混床噸水運行成本在2.7元左右,高於EDI裝置。因此,EDI裝置多投資的費用在幾年內完全可以回收。 EDI裝置屬於水精處理設備, 具有連續產水、水質高、易控制、佔地少、不需酸鹼、利於環保等優點, 具有廣泛的應用前景。隨著設備改進與技術完善以及針對不同行業進行優化, 初投資費用會大大降低。可以相信在不久的將來會完全取代傳統的水處理工藝中的混合 。
控制氮含量的方法（4種）：生物硝化-反硝化（無機氮延時曝氣氧化成硝酸鹽，再厭氧反硝化轉化成氮氣）；折點氯化（二級出水投加氯，到殘余的全部溶解性氯達到最低點，水中氨氮全部氧化）；選擇性離子交換；氨的氣提（二級出水pH提高到11以上，使銨離子轉化為氨，對出水激烈曝氣，以氣體方式將氨從水中去除，再調節pH到合適值）。每種方法氮的去除率均可超過90%。

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. 在家自己電解飽和食鹽水，直接把兩個螺絲刀插進去做電極（更沒有什麼離子交換膜），通2v直流電，負極有

電解氯化鈉，生成氯氣和氫氧化鈉氫氧化鈉和鐵發生化學反應。
因為鐵是活性電極它在擔任陽極時會發生化學反應
根據現在的情況來看應該是產生了氫氧化亞鐵。

D. 離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、

銅是來 導電用的（其它沒作用）
鈦網耐腐蝕更強 而且沒有雜質
串聯組成
鈦 釕 更耐腐蝕
使用碳鋼是為了減少成本財鍍鎳等稀有金屬（釕等）

E. 反滲透膜的發展史

80年代發明的復合膜，由超薄反滲透膜、多孔支撐層、織物增強自疊加而成，透水量極大，除鹽率高達99%，是理想的反滲透膜。反滲透膜在分離小分子有機化合物時也特別有效，因此對有機化工、釀造工業、三廢處理等領域也得到了很好的應用。
在21世紀以前，反滲透膜技術都是被國外所壟斷，而中國是直到90年代末期才開始掌握了反滲透膜的生產技術.這個歷史要追述到建國初期，當時我們國家的領導人已經意識到海水淡化的前景和將來在社會中的作用。
早在1958年，石松研究員等首先在中國開展離子交換膜電滲析海水淡化研究。而在此前1953年美國C.E.Reid建議美國內務部將反滲透研究列入國家計劃。

隨後1967年，國家科委組織全國海水淡化會戰，組織全國在水處理和分析化學、材料化學、流體力學等各個學科的精英會戰海水淡化。

1970年，會戰主力匯集中國浙江省的杭州市，組織了全國第一個海水淡化研究室。此期間，他們一直用電滲析技術進行海水淡化，研製成功海洋監測專用微孔濾膜，建成了世界最大的電滲析海水淡化站——西沙永興島海水淡化站。一度在海水淡化方面成為世界領軍人物。

1982年，中國海水淡化與水再利用學會經中國科協學會部批准在杭州成立。但是，因為經歷了十年浩劫，畢竟還是衰弱下去了，此時，遠在大洋彼岸的美國的全芳香族聚醯胺復合膜及其卷式元件已經赫然問世。

1984年，國家海洋局以海水淡化研究室為主體，組建國家海洋局杭州水處理技術研究開發中心，中國開始對膜技術重視了，但是，美國海水淡化用復合膜及其卷式元件已經大面積商業化了，投入到了國家和民用中去了。

1992年，國家為了追趕膜方面技術與世界的差距，，國家科委軍頂，以「中心」為依託，組建國家液體分離膜工程技術研究中心，並開始悄悄研製國產反滲透膜。

直到2001年，「中心」實行集團化分體管理，所轄三個控股的中外合資公司，兩個中資公司和一個研發中心。同年，杭州北斗星膜製品有限公司正式公開問世，從此，中國有了自己的反滲透膜產品，享有完全自主知識產權、由中國製造、具有民族品牌的高性能復合膜元件開始投放市場，中國成為世界上第四個掌握自主反滲透膜技術的國家。

F. 離子膜電解操作流程

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。這項技術已經用於氯鹼的生產,海水和苦鹹水的淡化，工業用水和超純水的制備,酶、維生素與氨基酸等葯品的精製，電鍍廢液的回收，放射性廢水的處理等方面，其中應用最廣泛、成效最顯著的是氯鹼工業。在氯鹼工業中，利用陽離子交換膜電解槽電解食鹽或氯化鉀水溶液來製造氯氣、氫氣和高純度的燒鹼（氫氧化鈉）或氫氧化鉀。1975年日本旭化成工業公司製成全氟羧酸型離子交換膜，首先實現離子膜電解法制燒鹼，同年日本實現工業化生產。
工藝流程 經過兩次精製的濃食鹽水溶液連續進入陽極室（圖1[離子膜電解法生產流程]）,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。
離子膜電解槽 根據供電方式的不同，分為復極式和單極式兩種。復極式電解槽的各單元電解槽串聯相接，電解槽的總電壓為各個單元電解槽的電壓之和；電路中各台電解槽並聯。單極式電解槽的各單元電解槽並聯相接，電解槽的總電流為各個單元電解槽的電流之和；電路中各台電解槽串聯。有的離子膜電解槽為板式壓濾機型結構（圖2[壓濾機型離子交換膜電解槽結構]）:在長方形的金屬框內有爆炸復合的鈦－鋼薄板隔開陽極室和陰極室，拉網狀的帶有活性塗層的金屬陽極和陰極分別焊接在隔板兩側的肋片上，離子膜夾在陰陽兩極之間構成一個單元電解槽。大約 100個左右的單元電解槽由液壓裝置組成一台電解器。另外，還有類似板式換熱器的結構，由沖壓的輕型鈦板陽極、離子膜和沖壓的鎳板陰極夾在一起，構成單元電解槽。若干個單元電解槽夾在兩塊端板之間組成一台電解槽。
離子交換膜 側鏈上帶有磺酸基和（或）羧酸基等陰離子官能團的全氟聚合物製成的薄膜。對離子膜的要求：①陽離子選擇透過性好；②電解質擴散率低；③較高的化學穩定性和熱穩定性；④機械強度高，不易變形；⑤電阻小。現代陽離子交換膜大多為聚氟烴織物增強的全氟磺酸－全氟羧酸復合膜。面向陽極的一側為電阻較小的磺酸基；面向陰極的一側為含水量低的羧酸基，能抑制氫氧離子向陽極室移動而提高電流效率，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。這種膜適用於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 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，每噸燒鹼的直流電耗為7.56～7.92GJ(2100～2200kWh)；②燒鹼純度高,50％的氫氧化鈉鹼液，含氯化鈉50～60ppm;③無水銀或石棉污染環境的問題；④操作、控制都比較容易；⑤適應負荷變化的能力較大；⑥要求用高質量的鹽水；⑦離子膜的價格比較昂貴。
現狀和展望 80年代初，先進的離子膜可在 4000A/m的電流密度下運轉,電流效率為95％～96％;可以直接生產濃度為35％的氫氧化鈉，離子膜的使用壽命約為2年。由於離子膜法具有較多的優點,今後新建的氯鹼生產裝置一般將採用離子膜法。現有的水銀法或隔膜法氯鹼廠也會有一部分在技術改造時轉換為離子膜法。

G. 滲析使用的半透膜是一種離子交換膜嗎

電滲析使用的半滲透膜其實是一種離子交換膜。這種離子交換膜按離子的電荷性質可分為陽離子交換膜(陽膜)和陰離子交換膜(陰膜)兩種。在電解質水溶液中，陽膜允許陽離子透過而排斥阻擋陰離子，陰膜允許陰離子透過而排斥阻擋陽離子，這就是離子交換膜的選擇透過性。在電滲析過程中，離子交換膜不像離子交換樹脂那樣與水溶液中的某種離子發生交換，而只是對不同電性的離子起到選擇性透過作用，即離子交換膜不需再生。電滲析工藝的電極和膜組成的隔室稱為極室，其中發生的電化學反應與普通的電極反應相同。陽極室內發生氧化反應，陽極水呈酸性，陽極本身容易被腐蝕。陰極室內發生還原反應，陰極水呈鹼性，陰極上容易結垢.

利用半透膜的選擇透過性來分離不同的溶質粒子(如離子)的方法稱為滲析。在電場作用下進行滲析時，溶液中的帶電的溶質粒子(如離子)通過膜而遷移的現象稱為電滲析。利用電滲析進行提純和分離物質的技術稱為電滲析法，它是20世紀50年代發展起來的一種新技術，最初用於海水淡化，現在廣泛用於化工、輕工、冶金、造紙、醫葯工業，尤以制備純水和在環境保護中處理三廢最受重視，例如用於酸鹼回收、電鍍廢液處理以及從工業廢水中回收有用物質等。

H. 現在有濃硫酸和濃硝酸的混合液，請問用什麼方法可以將他們分開用選擇性離子交換膜行嗎

要同時直接分離出濃硫酸和濃硝酸基本是不可能。要純化還是有希望的
不過這種酸還是有公司需要的。
可以用於電鍍廠的廢水處理，和一些其他調PH的場所

I. 【化學--化學與技術】（1）如圖1所示，在電場中利用膜技術（陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換摸

（1）①陰離抄子交換膜只允襲許陰離子自由通過，陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，隔膜a和陽極相連，陽極是陰離子放電，所以隔膜a是陰離子交換膜，
故答案為：陰離子交換；
②處理含硝酸銀廢液，利用電解原理對硝酸銀電解使銀析出，所發生反應的化學方程式為4AgNO₃+2 H₂O