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阴极离子交换树脂
发布时间：2021-01-24 21:42:35
电渗析使用的半渗透膜其实是一种离子交换膜。这种离子交换膜按离子的电荷性质可分为阳离子交换膜(阳膜)和阴离子交换膜(阴膜)两种。在电解质水溶液中，阳膜允许阳离子透过而排斥阻挡阴离子，阴膜允许阴离子透过而排斥阻挡阳离子，这就是离子交换膜的选择透过性。在电渗析过程中，离子交换膜不像离子交换树脂那样与水溶液中的某种离子发生交换，而只是对不同电性的离子起到选择性透过作用，即离子交换膜不需再生。电渗析工艺的电极和膜组成的隔室称为极室，其中发生的电化学反应与普通的电极反应相同。阳极室内发生氧化反应，阳极水呈酸性，阳极本身容易被腐蚀。阴极室内发生还原反应，阴极水呈碱性，阴极上容易结垢.
利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子(如离子)的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子(如离子)通过膜而迁移的现象称为电渗析。利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法，它是20世纪50年代发展起来的一种新技术，最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中处理三废最受重视，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。
② 离子交换膜法电解石盐水
离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。
1．离子交换膜电解槽的构成
离子交换膜电解槽
主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成；每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；离子交换膜把电解槽分成阴极室和阳极室。
电极均为网状，可增大反应接触面积，阳极表面的特殊处理是考虑阳极产物Cl2的强腐蚀性。
离子交换膜法制烧碱名称的由来，主要是因为使用的阳离子交换膜，该膜有特殊的选择透过性，只允许阳离子通过而阻止阴离子和气体通过，即只允许H＋、Na+通过，而Cl－、OH－和两极产物H2和Cl2无法通过，因而起到了防止阳极产物Cl2和阴极产物H2相混合而可能导致爆炸的危险，还起到了避免Cl2和阴极另一产物NaOH反应而生成NaClO影响烧碱纯度的作用。
2．离子交换膜法电解制碱的主要生产流程
精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室，通电后H2O在阴极表面放电生成H2，Na+则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，此时阴极室导入的阴极液中含有NaOH；Cl－则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水则从阳极室导出，经添加食盐增加浓度后可循环利用。
阴极室注入纯水而非NaCl溶液的原因是阴极室发生反应为2H++2e－=H2↑；而Na+则可透过离子膜到达阴极室生成NaOH溶液，但在电解开始时，为增强溶液导电性，同时又不引入新杂质，阴极室水中往往加入一定量NaOH溶液。
氯碱工业的主要原料：饱和食盐水，但由于粗盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等杂质，远不能达到电解要求，因此必须经过提纯精制。
参考资料：http://www.5ichem.com/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=804
③ 离子交换柱交换过程化学方程式
强酸型阳离子交换树脂：R-SO3H
（有许多SO3H基团）
强碱型阴离子交回换树脂：[R4N]OH
（有许多OH基团）
R-SO3H
+
M(+)
=
RSO3M
+
H(+)
将所有阳离子吸附答到树脂上，释放出H(+)；
[R4N]OH
+
X(-)
=
[R4N]X
+
OH(-)
将所有阴离子吸附到树脂上，释放出OH(-)；
H(+)
+
OH(-)
=
H2O
阳离子交换产生的H(+)与阴离子交换产生的OH(-)结合成水。
④ 阳离子交换膜与阳离子交换树脂
阳离子交换树脂是阳离子在通过树脂的时候，被树脂吸附或者与树脂上的其他阳离子专进行交换，而阴离属子不吸附和交换。阳离子交换膜的交换机理和阳离子交换树脂的交换机理是不一样的，该膜是一种具有选择性透过的膜，阳离子可以通过，使阳极区和阴极区的阳离子得以互相交换，阴离子无法投过该膜，无法达到交换的目的。重点理解“交换”这个概念，前者在树脂上进行的离子置换，而后者是两极区之间离子的相互迁移，达到交换目的。
⑤ 中学化学里的氯碱工业
工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。
一、电解饱和食盐水反应原理
电解饱和食盐水的原理与前面学过的电解CuCl2 溶液的原理是相类似的。
【实验3】 在U型管里装入饱和食盐水，用一根碳棒作阳极，一根铁棒作阴极（如右图）。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液，并把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接通直流电源后，注意观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。
从实验可以看到，在U型管的两个电极上都有气体放出。阳极放出的气体有刺激性气味，并且能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，说明放出的是Cl2；阴极放出的气体是H2，同时发现阴极附近溶液变红，这说明溶液里有碱性物质生成。
为什么会出现这些实验现象呢？
这是因为NaCl是强电解质，在溶液里完全电离，水是弱电解质，也微弱电离，因此在溶液中存在Na+、H+、Cl-、OH-四种离子。当接通直流电源后，带负电的OH-和Cl-向阳极移动，带正电的Na+和H+向阴极移动。在这样的电解条件下，Cl-比OH-更易失去电子，在阳极被氧化成氯原子，氯原子结合成氯分子放出，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。
阳极反应：2Cl-－2e-=Cl2↑（氧化反应）
H+比Na+容易得到电子，因而H+不断地从阴极获得电子被还原为氢原子，并结合成氢分子从阴极放出。
阴极反应：2H+＋2e-＝H2↑（还原反应）
在上述反应中，H+是由水的电离生成的，由于H+在阴极上不断得到电子而生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离出H+和OH-，
H+又不断得到电子变成H2，结果在阴极区溶液里OH-的浓度相对地增大，使酚酞试液变红。因此，电解饱和食盐水的总反应可以表示为：
工业上利用这一反应原理，制取烧碱、氯气和氢气。
在上面的电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO、H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中，要避免这几种产物混合，常使反应在特殊的电解槽中进行。
二、离子交换膜法制烧碱
目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始工业化生产。
离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。下图是一台离子交换膜电解槽（包括16个单元槽）。
精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室。通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH；Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示：
电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有泥沙、
精制食盐水时经常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的pH。例如：
加入Na2CO3溶液以除去Ca2+：
加入NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+等：
Mg2+＋2OH-＝Mg(OH)2↓
Fe3+＋3OH-＝Fe(OH)3↓
以除去过量的Ba2+：
这样处理后的盐水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金属离子，由于这些阳离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜，因此该盐水还需送入阳离子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去Ca2+、Mg2+等。这时的精制盐水就可以送往电解槽中进行电解了。
离子交换膜法制碱技术，具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。
三、以氯碱工业为基础的化工生产
NaOH、Cl2和H2都是重要的化工生产原料，可以进一步加工成多种化工产品，广泛用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。
由电解槽流出的阴极液中含有30％的NaOH，称为液碱，液碱经蒸发、结晶可以得到固碱。阴极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤、压缩后被送往氢气贮柜。阳极区产物湿氯气经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯。
以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途见下图。
随着人们环境保护意识的增强，对以氯碱工业为基础的化工生产过程中所造成的污染及其产品对环境造成的影响越来越重视。例如，现已查明某些有机氯溶剂有致癌作用，氟氯烃会破坏臭氧层等，因此已停止生产某些有机氯产品。我们在充分发挥氯碱工业及以氯碱工业为基础的化工生产在国民经济发展中的作用的同时，应尽量减小其对环境的不利影响。
我国氯碱工业的发展
我国最早的氯碱工厂是1930年投产的上海天原电化厂（现上海天原化工厂的前身），日产烧碱2t。到1949年解放时，全国只有少数几家氯碱厂，烧碱年产量仅1.5万吨，氯产品只有盐酸、液氯、漂白粉等几种。
近年来，我国的氯碱工业在产量、质量、品种、生产技术等方面都得到很大发展。到1990年，烧碱产量达331万吨，仅次于美国和日本，位于世界第三位。1995年，烧碱产量达496万吨，其中用离子交换膜电解法生产的达56.2万吨，占总产量的11.3％。预计到2000年，烧碱年产量将达540万吨，其中用离子膜电解法生产的将达180万吨，占33.3％。
⑥ 树脂离子交换是复分解反应吗
离子交换不是复分解，而是一种离子代替另一种离子
比如阳极交换柱，就是用H+交换掉另外的阳离子如Ca2+，Mg2+
阴极交换柱就是用OH-交换掉阴离子
⑦ EDI树脂怎么装填
1、混合填充
混合填充是指将阴、阳离子交换树脂按一定比例均匀混合后填充到西门子edi膜淡室中。这种填充方式使用最早、最多，同时也是众多研究人员最熟悉的一种。
在混合填充水处理edi膜堆中，水的解离主要发生在异性的树脂与异性的树脂与膜接触点周围的水界面层中。由于混合填充方式使得这种接触点均匀遍布整个淡室区间，因而使得水解离发生在整个淡室中，树脂再生迅速。
2、分层填充
分层填充，即根据需要，在某一层填充区域中只填充某一类型或型号的树脂。Joseph等人认为，分层填充的优势在于：由于每层只填充同类型树脂，提高了离子传导效率，可较大程度地提高电流密度及电流效率，有效解决了厚隔板所带来的脱盐效率低、电阻大、操作电压高等问题。但同时，为了保证工作性能，分层填充膜堆在运行时，必须使各层不同类型或型号树脂之间相互分离，层与层交界处的树脂不能在水流的冲击下相互混合，因而增加了填充的技术难度。在分层填充膜堆中，水的解离主要发生在3个区域：异性树脂层接触面，阳离子交换树脂层与阴膜接触面，阴离子交换树脂层与阳膜接触面。该文认为，这是由于在电场的作用下，离子发生定向迁移，上述3个区域首先发生水的解离。水解离产生的H+和OH-将起到再生树脂、辅助传递电流的作用，与混合填充相比，H+和OH-在传递过程中结合的机率大大降低，提高了电流效率。本文认为，由于理论上分层填充膜堆发生水解离点分布比较集中，所以离子交换树脂层厚度与淡室隔板厚度之间应该存在一个最佳比值。如果离子交换树脂层厚度值太大，可能会给树脂的再生带来一定的困难。
3、分置式填充
在分置式填充膜堆中，阳极板和阳膜之间填充水处理技术第33卷第11期子交换树脂，构成阳淡水室，简称阳室;在阴极阴膜之间填充阴离子交换树脂，构成阴淡水室，阴室;阳膜与阴膜之间构成浓水室，如图1所工作时，进水分成两路按比例分别进入淡室和浓淡室进水首先通过阳室，阳室出水再进入阴室，从阴室流出，浓室进水通过浓室后直接排掉。分置式填充膜堆运行时，树脂再生所需要的H+OH-来自于阴、阳电极板上水的电化学反应，这与种填充方式不同。原水进入阳室后，水中阳离子脂进行作用，沿阳离子交换树脂迁至阳膜，透过进入浓室。同时，在阳极板上发生水的电化学反提供大量H+用于阳室内树脂再生。阳室出水进入，此时水中阳离子基本只剩下H+，阴离子通过传用开始向浓室迁移，同理，在阴极板上水的电化应会提供大量OH-，对阴室内树脂进行再生，最现了水的脱盐和树脂的再生，电极反应如下：
阴极：2H2O+2e→H2↑+2OH-
阳极：2Cl--2e→C12↑
H2O-2e→0.5O2↑+2H+
⑧ 在生产显像管的阴极时需要用到去离子水，去离子方法是将蒸馏水先经氢型离子交换树脂（HR），再流经羟型阴
| （1）A；普通玻璃中的
⑨ 氯碱工业中阳离子交换膜的作用是什么 阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，通常是磺酸型的，带有固定基团和可解离的离子，如钠型磺酸型固定基团是磺酸根，解离离子是钠离子。 阳离子交换膜可以看作是一种高分子电解质，由于阳膜带负电荷，虽然原来的解离正离子受水分子作用解离到水中，但在膜外通电通过电场作用，带有正电荷的阳离子就可以通过阳膜，而阴离子因为同性排斥而不能通过，所以具有选择透过性。
(9)阴极离子交换树脂扩展阅读 性质 均相膜的电化学性能较为优良，但力学性能较差，常需其他纤维来增强。非均相膜的电化学性能比均相膜差，而力学性能较优，由于疏水性的高分子成膜材料和亲水性的离子交换树脂之间粘结力弱，常存在缝隙而影响离子选择透过性。 离子交换膜的膜电阻和选择透过性是膜的电化学性能的重要指标。阳离子在阳膜中透过性次序为： Li+>Na+>NH4+>K+>Rb+>Cs+>Ag+> Tl+>UO卂（这是什么？）>Mg2+>Zn2+>Co2+>Cd2+> Ni2+>Ca2+>Sr2+>Pb2+>Ba2+ 阴离子在阴膜中透过性次序为： F->CH3COO->HCOO->Cl->SCN->Br-> CrO娸>NO婣>I->(COO)卆(草酸根)>SO娸膜电阻是与离子在膜中的淌度有关的一个数值，根据不同测定和计算方法可分成体积电阻和表面电阻。 水在膜中的渗透率就是离子在透过膜时带过去的水量。实用上水渗透率是膜的一个性能，其值愈大，在电渗析时水损失愈大，通常疏水性高分子材料膜中水渗透率远低于亲水性高分子材料膜。 参考资料来源：网络-阳离子交换膜 参考资料来源：网络-离子交换膜 ⑩ 阴极电泳用的阳离子型树脂，它主要哪些特点
合成了用于阴极电泳涂料的阳离子型丙烯酸酯树脂和阳离子型封闭异氰酸酯固化剂。... 与阴极离子交换树脂相关的资料
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