離子交換膜電解槽原理

① 離子交換膜原理

離子膜電解法，又稱為膜電槽電解法，是通過應用陽離子交換膜將電解槽隔分為陽極室與陰極室，以實現電解產物分離的一種技術。其發展基礎是離子交換樹脂技術，利用膜的特性選擇性透過離子，實現濃縮、脫鹽、凈化、提純及電化合成。該技術廣泛應用於氯鹼生產、海水淡化、工業用水與超純水制備、葯品精製、電鍍廢液回收及放射性廢水處理等。應用最廣泛且成效顯著的是氯鹼工業，在此領域通過電解食鹽或氯化鉀溶液生成氯氣、氫氣及高純度燒鹼或氫氧化鉀。經過兩次精製的濃食鹽水連續進入陽極室，在電場作用下鈉離子通過陽離子交換膜進入陰極室，生成氫氧化鈉與氫氣，而氯離子受到限制，主要在陽極上氧化為氯氣。剩餘淡鹽水經脫氯、鹽飽和及精製後返回陽極室，形成鹽水循環。氫氧化鈉溶液一部分作為產品，另一部分加入純水後返回陰極室，循環控制水量並帶走熱量。現代陽離子交換膜以聚氟烴織物增強的全氟磺酸-全氟羧酸復合膜為主，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，旨在提高電流效率及親水性，減少氫氣滯留。這類膜適用於極距極小的電解槽，具有能耗低、鹼液純度高、無污染、操作控制方便、適應負荷變化能力強等優點，但成本較高。目前，先進的離子膜技術在4000A/m電流密度下可運轉，電流效率達到95%~96%，能直接生產35%濃度的氫氧化鈉，使用壽命約為2年。隨著離子膜法優勢的顯現，新建氯鹼生產裝置一般採用該技術，而原有水銀法或隔膜法氯鹼廠也會在技術改造時轉向離子膜法。

② 離子交換膜法電解食鹽水具體原理 謝謝

一、離子交換膜法電解食鹽水的原理
1. 電解槽的組成
離子交換膜電解槽主要由陽極、陰極、離子交換膜、電解槽框架和導電銅棒等部分構成。每個電解槽由多個單元槽串聯或並聯而成。陽極採用金屬鈦網，表面塗有鈦、釕等氧化物塗層，以延長電極使用壽命和提高電解效率。陰極由碳鋼網製成，並塗有鎳塗層。離子交換膜將電解槽分為陰極室和陽極室，這種設計旨在防止陽極產物Cl2與陰極產物H2混合，避免潛在的爆炸危險，並防止Cl2與NaOH反應生成NaClO，影響燒鹼的純度。
2. 電解制鹼的生產流程
在離子交換膜法電解制鹼的過程中，精製的飽和食鹽水被送入陽極室，而純水（加入適量NaOH溶液）被加入陰極室。通電後，水在陰極表面放電生成氫氣，而鈉離子穿過離子膜從陽極室移動到陰極室，使陰極室內的溶液中出現NaOH。同時，氯離子在陽極表面放電生成氯氣。電解後的淡鹽水從陽極室流出，通過添加食鹽提高濃度後可循環使用。陰極室中使用純水而非NaCl溶液，是因為陰極反應為2H++2e－=H2↑，而鈉離子可以透過離子膜在陰極室生成NaOH。在電解開始時，為提高溶液的導電性，同時不引入新雜質，陰極室中通常會加入一定量的NaOH溶液。
3. 氯鹼工業的原料
氯鹼工業的主要原料是飽和食鹽水。但由於粗鹽水含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等雜質，不能直接用於電解，因此需要進行提純精製。

③ 什麼是離子交換膜

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，其它離子難以透過。電解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。

④ 離子膜電解槽的流程是怎樣的

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。

⑤ 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。