離子交換膜原理知乎

1. 陽離子交換膜的原理是什麼

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。

陽離子交換樹脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基團，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經磺化處理得到強酸性陽離子交換樹脂，其結構式可簡單表示為R—SO3H，式中R代表樹脂母體，其交換原理為
2R—SO3H＋Ca2＋ （R—SO3）2Ca＋2H+

這也是硬水軟化的原理。

陰離子交換樹脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亞胺基（—NH2）等鹼性基團。它們在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為

R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-

由於離子交換作用是可逆的，因此用過的離子交換樹脂一般用適當濃度的無機酸或鹼進行洗滌，可恢復到原狀態而重復使用，這一過程稱為再生。陽離子交換樹脂可用稀鹽酸、稀硫酸等溶液淋洗；陰離子交換樹脂可用氫氧化鈉等溶液處理，進行再生。

離子交換樹脂的用途很廣，主要用於分離和提純。例如用於硬水軟化和製取去離子水、回收工業廢水中的金屬、分離稀有金屬和貴金屬、分離和提純抗生素等。

2. 離子交換膜法生產燒鹼的原理是什麼其與隔膜法的主要區別有哪些

離子交換膜法電解食鹽水而製成燒鹼（即氫氧化鈉），其主要原理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。
隔膜法生產燒鹼需要石棉，這個容易引發石棉病，另外廢石棉的處理也是問題。

3. 離子交換膜的原理是什麼

離子交換膜又稱離子選擇透過性膜。
按其功能和結構的不同，可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜、兩性交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質復合膜5種。離子交換膜的構造和離子交換樹脂相同，但為膜的形式。
離子交換膜可製成均相膜和非均相膜兩類。採用高分子的加工成型方法製造。①均相膜。先用高分子材料如丁苯橡膠、纖維素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等製成膜，然後引入單體如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜內聚合成高分子，再通過化學反應引入所需功能基。也可通過甲醛、苯酚等單體聚合製得。②非均相膜。用粒度為200～400目的離子交換樹脂和普通成膜性高分子材料如聚苯乙烯、聚氯乙烯等充分混合後加工成膜製得。為免失水乾燥而變脆破裂，須保存在水中。
離子交換膜主要應用於海水淡化，甘油、聚乙二醇的除鹽，放射性元素、同位素及氨基酸的分離，有機物及無機物純化，放射性廢液處理，燃料電池隔膜及選擇性電極等。

4. 高中化學中燃料電池為什麼要用質子交換膜質子交換膜的作用是什麼

離子交換膜是一種選擇性透過的膜，比如陽離子交換膜，就只能有陽離子通過，陰離版子就不行權。
他的原理是通過成膜材料上面的基團，通過對離子的結合和分離，形成一條條離子通道。比如質子交換膜，通常會有一些易於質子結合的強電解質基團，比如磺酸根，質子很容易和基團結合，也很溶液分離，使得質子順利通過膜。而驅動力可能是膜兩側的壓力差、濃度差或者電勢差等。用途一般是電化學上的應用，比如燃料電池。氯鹼工藝。
燃料電池要用質子交換膜這個不準確，目前只有pemfc和dmfc是用質子交換膜的。它的原理上面簡單說過了，你可以配合圖看看書。他的作用是讓質子通過，形成電流，同事阻隔正負極的氧化劑和燃料。用了他和沒有用比有什麼好處，這個問題只能說它是燃料電池的一個必須的組成部分，沒有它電池根本都不工作。
有問題再問我吧

5. 離子交換膜為什麼有選擇透過性

按膜中的含活性基團的各類可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜和特種膜三大類。

1、陽離子交換膜（簡稱陽膜） 膜體中含有酸性活性基團，它能選擇性透過陽離子而不讓陰離子透過。這些活性基團主要有：磺酸基、磷酸基、亞磷酸基、羧酸基、酚基等。其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經磺化處理得到強酸性陽離子交換膜，其結構式可簡單表示為R-SO3H，式中R代表樹脂母體，其交換原理為
2R-SO3H＋Ca2==（R-SO3）2Ca＋2H+ 這也是硬水軟化的原理。
2、陰離子交換膜（簡稱陰膜） 膜體中含有鹼性活性基團，它能選擇性透過陰離子而不讓陽離子透過。這結活性基團主要有：季銨基、伯胺基、促胺基、叔胺基等。它們在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為
R-N（CH3）3OH＋Cl- ====R-N（CH3）3Cl＋OH-
3、特種膜 它包括由陽、陰離子活性基團在一張膜內均勻分布的兩性離子交換膜，帶正電荷的膜與帶負電荷的膜兩張貼在一起的復合離子交換膜（亦稱雙極性膜），還有部分正電荷與部分負電荷並列存在於膜的厚度方向的鑲嵌離子交換膜，以及在陽膜或陰膜表面上塗一層陰離子或陽離子交換樹脂的表面塗層膜等

6. 離子交換膜的原理

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。

陽離子交換樹脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基團，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經磺化處理得到強酸性陽離子交換樹脂，其結構式可簡單表示為R—SO3H，式中R代表樹脂母體，其交換原理為
2R—SO3H＋Ca2＋ （R—SO3）2Ca＋2H+

這也是硬水軟化的原理。

陰離子交換樹脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亞胺基（—NH2）等鹼性基團。它們在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為

R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-

由於離子交換作用是可逆的，因此用過的離子交換樹脂一般用適當濃度的無機酸或鹼進行洗滌，可恢復到原狀態而重復使用，這一過程稱為再生。陽離子交換樹脂可用稀鹽酸、稀硫酸等溶液淋洗；陰離子交換樹脂可用氫氧化鈉等溶液處理，進行再生。

離子交換樹脂的用途很廣，主要用於分離和提純。例如用於硬水軟化和製取去離子水、回收工業廢水中的金屬、分離稀有金屬和貴金屬、分離和提純抗生素等。

7. 鈉離子通過陽離子交換膜的原理是什麼離子交換膜不是將其他陽離子轉變為氫離子交換出來的嗎，那麼高中書

離子交換膜是對離子具有選擇透過性的高分子材料製成的薄膜,
陽離子膜回通常是磺酸型的答,帶有固定基團和可解離的離子 如鈉型磺酸型:固定基團是磺酸根 解離離子是鈉離子
陽離子交換膜可以看作是一種高分子電解質,他的高分子母體是不溶解的,而連接在母體上的磺酸集團帶有負電荷和可解離離子相互吸引著,他們具有親水性由於陽膜帶負電荷,雖然原來的解離正離子受水分子作用解離到水中,但在膜外我們通電通過電場作用,帶有正電荷的陽離子就可以通過陽膜,而陰離子因為同性排斥而不能通過,所以具有選擇透過性。

8. 離子交換膜基本原理及應用的介紹

《離子交換膜基本原理及應用》是一本書籍，該書全面系統地介紹了離子交換膜的制備、性能測定及其應用。全書分為基本原理卷和應用卷，內容新穎、翔實。基本原理卷部分概念清晰，圖文並茂，易於理解；應用卷藉助大量已成功應用的工業規模化的實例，介紹了離子交換膜特別是雙極膜的應用。

9. 離子交換原理

離子交換的基本原理 離子交換的選擇性定義為離子交換劑對於某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸附，但吸著後要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對於同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對於丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。 離子交換反應是可逆反應，但是這種可逆反應並不是在均相溶液中進行的，而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。以D113型離子交換樹脂制備硫酸鈣晶須為例說明： D113丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂是一種大孔型離子交換樹脂，其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道，孔道裡面充滿了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當硫酸鋅溶液中的Zn2+，S042-擴散到樹脂的孔道中時，由於該樹脂對Zn2+選擇性強於對Ca2+的選擇性，，所以Zn2+就與樹脂孔道中的交換基團Ca2+發生快速的交換反應，被交換下來的Ca2+遇到擴散進入孔道的S042-發生沉澱反應，生成硫酸鈣沉澱。其過程大致為：
(1)邊界水膜內的擴散 水中的Zn2+，S042-離子向樹脂顆粒表面遷移，並擴散通過樹脂表面的邊界水膜層，到達樹脂表面； (2)交聯網孔內的擴散(或稱孔道擴散) Zn2+，S042-離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔，並進行擴散，到達交換點；
(3)離子交換 Zn2+與樹脂基團上的可交換的Ca2+進行交換反應；
(4)交聯網孔內的擴散 被交換下來的Ca2+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散；部分交換下來的Ca2+在擴散過程中遇到由外部擴散進入孔徑的S042-發生沉澱反應，生成CaS04沉澱；
(5)邊界水膜內的擴散 沒有發生沉澱反應的部分Ca2+擴散通過樹脂顆粒表面的邊界水膜層，並進入水溶液中。 此外，由於離子交換以及沉澱反應的速度很快，硫酸鈣沉澱基本在樹脂的孔道里生成，因此樹脂的孔道就限制了沉澱的生長及形貌，對其具有一定的規整作用。通過調整攪拌速度、反應溫度等外界條件，可以使樹脂顆粒及其內部孔道發生相應的變化，這樣當沉澱在樹脂孔道中生成後，就得到了不同尺寸和形貌的硫酸鈣沉澱。

10. 離子交換膜法電解食鹽水具體原理 謝謝

二、離子交換膜法制燒鹼
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。

上海天原化工廠電解車間的離子交換膜電解槽

2．離子交換膜法電解制鹼的主要生產流程

如圖，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。