Ⅰ 离子交换膜原理
离子膜电解法，又称为膜电槽电解法，是通过应用阳离子交换膜将电解槽隔分为阳极室与阴极室，以实现电解产物分离的一种技术。其发展基础是离子交换树脂技术，利用膜的特性选择性透过离子，实现浓缩、脱盐、净化、提纯及电化合成。该技术广泛应用于氯碱生产、海水淡化、工业用水与超纯水制备、药品精制、电镀废液回收及放射性废水处理等。应用最广泛且成效显著的是氯碱工业，在此领域通过电解食盐或氯化钾溶液生成氯气、氢气及高纯度烧碱或氢氧化钾。经过两次精制的浓食盐水连续进入阳极室，在电场作用下钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，生成氢氧化钠与氢气，而氯离子受到限制，主要在阳极上氧化为氯气。剩余淡盐水经脱氯、盐饱和及精制后返回阳极室，形成盐水循环。氢氧化钠溶液一部分作为产品，另一部分加入纯水后返回阴极室，循环控制水量并带走热量。现代阳离子交换膜以聚氟烃织物增强的全氟磺酸-全氟羧酸复合膜为主，面向阳极的一侧为电阻较小的磺酸基，面向阴极的一侧为含水量低的羧酸基，旨在提高电流效率及亲水性，减少氢气滞留。这类膜适用于极距极小的电解槽，具有能耗低、碱液纯度高、无污染、操作控制方便、适应负荷变化能力强等优点，但成本较高。目前，先进的离子膜技术在4000A/m电流密度下可运转，电流效率达到95%~96%，能直接生产35%浓度的氢氧化钠，使用寿命约为2年。随着离子膜法优势的显现，新建氯碱生产装置一般采用该技术，而原有水银法或隔膜法氯碱厂也会在技术改造时转向离子膜法。