Ⅰ 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。