離子交換膜隔膜電解法實驗

1. 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。

2. 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。

3. 43. 用氯化鉀制備氫氧化鉀的常用方法是離子交換膜電解法。氫氧化鉀在_________極產生，要解釋

陰極;OH-

4. 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。

5. 離子交換膜法電解飽和食鹽水原理中，那些微粒能穿過隔膜

看是什麼離子交換膜，如果是陽離子交換膜，就是鈉離子，氫離子可以通過;如果是陰離子交換膜，那麼氯離子，氫氧根可以通過；如果是質子交換膜，那麼只有氫離子可以通過。

6. 氯鹼工藝：石棉膜槽法、汞槽法、離子膜電解槽法，三者的工藝原理、操作過程，比較相互的優缺點

1、離子交換膜法制燒鹼的原理
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
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。

7. 隔膜法電解的發展方向

隔膜電解技術關鍵在於隔膜材料, 隔膜材料的高選擇性, 耐酸鹼性和抗氧化性成為影響隔膜使用壽命的一個重要因素。目前隔膜電解技術中所採用的隔膜材料大致有以下幾種:石棉、滌綸布、尼龍篩網膜、素燒陶瓷板、高分子陰陽離子交換膜等。除高分子陰陽離子交換膜外, 別的膜無選擇性, 而且膜電阻很高, 不能實現陰陽極區電解液的有效隔離, 從而使電解產物相混, 雜質離子在電極上放電, 影響了電解效率。而高分子陰陽離子交換膜可以完全避免它們的不足之處, 但是目前隔膜電解所處的體系大都屬於強酸或強鹼, 有的還呈現強氧化性, 而一般的陰陽離子交換膜正好耐酸鹼和抗氧化性能很差, 因此研製能耐酸鹼和抗氧化能力強的高性能離子交換膜, 改進膜的制備工藝, 降低膜的成本就成為今後一個主要研究方向。同時, 無機膜所特有的耐酸鹼性和抗氧化能力強的特點, 因此考慮採用這種新型的隔膜材料來用於隔膜電解這項技術中, 那麼隔膜電解技術將會得到更為廣泛的應用。雖然隔膜電解技術得到了較為廣泛的應用, 但是其應用范圍還比較有限, 就目前而言, 已實現工業化的有:工業制鹼、鎳的電解精煉、礦漿電解、凈化再生電鍍廢液、合成某些有機化合物等。因此利用隔膜電解技術製取某些重要的化工原料, 擴大礦漿電解的處理對象, 以及擴大處理廢水的種類和製造環保型電池等都將成為這門技術的發展方向。

8. 離子交換膜法電解工藝有哪些特點

離子交換膜具有選擇透過性。它只讓Na + 帶著少量水分子透過，其它回離子難以透過。電解答時從電解槽的下部往陽極室注入經過嚴格精製的
NaCl溶液，往陰極室注入水。在陽極室中Cl - 放電，生成 C1 2 ，從電解槽頂部放出，同時 Na + 帶著少量水分子透過陽離子交換膜流向陰極室。在陰極室中
H + 放電，生成 H 2 ，也從電解槽頂部放出。但是剩餘的 OH - 由於受陽離子交換膜的阻隔，不能移向陽極室，這樣就在陰極室里逐漸富集，形成了
NaOH溶液。隨著電解的進行，不斷往陽極室里注入精製食鹽水，以補充NaCl的消耗;不斷往陰極室里注入水，以補充水的消耗和調節產品NaOH的濃度。所得的鹼液從陰極室上部導出。因為陽離子交換膜能阻止Cl
- 通過，所以陰極室生成的
NaOH溶液中含NaCl雜質很少。用這種方法製得的產品比用隔膜法電解生產的產品濃度大，純度高，而且能耗也低，所以它是目前最先進的生產氯鹼的工藝。

9. 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。