第七章-电渗析
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破裂强度：破裂强度是衡量膜的机械强度的重要指标 之一。表示膜在实际应用时所能承受的垂直方向最大 压力。
导电性：完全干燥的膜几乎是不导电的，含水的膜才 能导电。膜的导电性可用电阻率、电导率或面电阻来 表示，面电阻表示单位膜面积的电阻（Ω·cm-2）。
离子交换膜的性能指标
迁移数t：指通过膜所移动的离子的当量百分数，表征了膜 对异种电荷离子间的选择透过性能，也即对同离子的排斥 性能。一般通过测定膜电位而计算出来。
（3）按材料性质分类
有机离子交换膜和无机离子交换膜
非均相离子交换膜制备
热压法：离子交换树脂粉与惰性聚合物粘结剂混合， 然后在适当压力和聚合物软化温度附件热压成膜。
熔融挤出法：离子交换树脂粉与惰性聚合物粘结剂混 合，通过加入塑化剂或者加热使其成为半流动状态， 然后挤出成膜。
流延法：离子交换树脂粉与聚合物溶液混合，然后利 用常规的流延方法通过蒸发溶剂成膜。
阳膜用阳离子交换树脂，阴膜用阴离子交换树脂。 粘结剂多采用热塑性的线性高分子聚合物，一般是聚烯烃
或其衍生物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、 聚四氟乙烯、氯乙烯-丙烯腈等。天然或合成橡胶也可作 为粘结剂。 网布起到增强作用，一般可使用锦纶、丙纶、氯纶、无纺 布或者玻璃纤维织物等。
均相离子交换膜制备
•电渗析：在电位差推动力的作用下，溶液中的带电离子选 择性地透过离子交换（选择透过）膜（荷电膜）的过程，是 从水溶液中分离离子的一种分离技术。
ED和RO脱盐过程比较
电渗析优点
电渗析技术是20世纪50年代发展起来的一种膜分离 技术。它具有以下优点: 1. 能量消耗少，不发生相变，只用电能来迁移水
中已解离的离子； 2. 电渗析器主要由渗析器、离子交换膜和直流正
在预先制备的基膜上引入功能基团。过程简单，但功 能基化程度不易控制，经常会出现功能基化不均匀。
半均相离子交换膜制备
用粒状粘结剂浸吸单体进行聚合在功能基化，制成含 粘结剂的热塑性离子交换树脂，再按照非均相膜制备 方法制备成膜。
用粉状粘结剂浸吸单体、增塑剂等，然后涂在网布上 进行热压聚合再功能基化。（对网布要求较高，一般 多用长纤维的氯纶）
单体的聚合或缩聚：其中至少有一个单体须含有可引 入离子交换基团的结构或含有离子交换基团的单体与 另一单体形成嵌段聚合物。可制备较高离子交换容量 ，但易溶胀。
含离子交换基团的聚合物或混合物，通过在共同溶剂 中溶解后流延成膜。
聚合物先功能基化，然后溶解流延成膜来自百度文库方法简单， 但通常聚合物功能化程度不能太高，尤其不能在成膜 前引入交联结构，膜综合性能不高。
负电极组成，设备结构简单，操作方便； 3. 离子交换膜不需要像离子交换树脂那样失效后
用大量酸碱再生，可连续使用。
离子交换膜
（1）按活性基团分类 阳离子交换膜（简称阳膜）、阴离子交换膜（简称阴膜） 和特种膜。
磺酸型阳膜的示意为：
R SO3H 解离R SO3 H
基膜 活性基团
基膜 固定离子 可交换离子
季胺型阴膜的示意为：
R N(CH3)3OH 解离R N (CH3)3 OH
基膜 活性基团
基膜 固定离子 可交换离子
离子交换膜
（2）按膜的结构分类
异相膜（或称非均相膜）：膜主体相和功能基团不以化学键 结合。 容易制造，价格便宜，但选择性较差，膜电阻也大。 均相膜：膜结构均一，功能基团和膜基体以化学键相连。 优良的电化学性能和物理性能，近年来离子交换膜的主要发 展方向。 半均相膜：功能基团一部分和膜基体化学键合
流延聚合法：离子交换树脂分散在部分聚合的聚合物 溶液中流延成膜然后在进行后聚合。
目前市场上的非均相膜主要是采用热压法制备的。
热压法制备非均相膜
具体步骤：先将粉状（<50微米）的离子交换树脂和惰性 粘结剂按一定比较混合，在双筒（或三筒）滚压机上混炼 ，再拉出一定厚度的膜片（约0.5mm)，然后在膜片的上下 两面各加一层网布，在聚合物的软化温度附件热压成膜。
扩散系数D：离子交换膜的扩散系数包括电解质通过膜的 扩散，两种反离子通过膜的互扩散以及离子通过膜内的自 身扩散。均是评价离子交换膜性能好坏的重要指标。可选 用电导法或互扩散法测定。
水的迁移数Twm：在无压差时，水也会由于浓度或电场梯度 进行扩散。
选择透过系数：表征膜对同种电荷离子的选择通过能力。
含水量：表示湿膜中所含水的百分数，以每克干膜中 所含水质量的克数表示（%）。通常采用称重法测定 。有时也以单位摩尔固定基团结合水的摩尔数表示。 一般电渗析膜的含水量为30％～50％。
离子交换膜的性能指标
溶胀度：指膜在溶液中浸泡后，其面积或体积变化的 百分率。测定程序同含水量。
厚度：膜厚度与膜电阻和机械强度有关。一般异相膜 的厚度约1mm，均相膜的厚度约0.2～0.6mm，最薄的 为0.015mm。
Ti j
tj Cj
/ ti / Ci
离子交换膜性能间的依存关系
盐渗透 同离子泄漏
水传递数
膜
导电性 溶胀度
含
水
量
机械强度
同离子选择性 反离子迁移数
离子交换容量
电渗析膜的性能要求
（1）具有较高的选择透过性：这是衡量离子交换膜性能 优劣的重要指标，其定义式为
膜分离技术
第七章 电渗析
电渗析（electrodialysis，ED）
• 渗透：由于化学位差的作用，纯溶剂（水）透过膜向溶液 侧移动，使溶液变淡，或者低浓溶液中的溶剂透过膜进入浓 度高的溶液，而溶质不透过膜。
•渗析：用膜把一容器隔成两部分，膜的一侧是溶液，另一 侧是纯水，小分子溶质（或离子）透过膜向纯水侧移动，同 时，纯水也可能透过膜向溶液侧移动的过程；或者溶质从浓 度高的一侧透过膜扩散到浓度低的一侧的过程。
离子交换膜的性能指标
交换容量：膜的交换容量是表示在一定量的膜样品中 所含活性基团数，通常以单位干重膜所含的可交换离 子的毫克当量数表示（meq/g)。一般用离子交换法测 得，即阳膜先转化成H型，用0.1M NaOH溶液反滴； 阴膜转化成Cl型，用0.1M AgNO3溶液滴定。一般电渗 析膜的交换容量约为1～3毫克当量/克（干膜）。
导电性：完全干燥的膜几乎是不导电的，含水的膜才 能导电。膜的导电性可用电阻率、电导率或面电阻来 表示，面电阻表示单位膜面积的电阻（Ω·cm-2）。
离子交换膜的性能指标
迁移数t：指通过膜所移动的离子的当量百分数，表征了膜 对异种电荷离子间的选择透过性能，也即对同离子的排斥 性能。一般通过测定膜电位而计算出来。
（3）按材料性质分类
有机离子交换膜和无机离子交换膜
非均相离子交换膜制备
热压法：离子交换树脂粉与惰性聚合物粘结剂混合， 然后在适当压力和聚合物软化温度附件热压成膜。
熔融挤出法：离子交换树脂粉与惰性聚合物粘结剂混 合，通过加入塑化剂或者加热使其成为半流动状态， 然后挤出成膜。
流延法：离子交换树脂粉与聚合物溶液混合，然后利 用常规的流延方法通过蒸发溶剂成膜。
阳膜用阳离子交换树脂，阴膜用阴离子交换树脂。 粘结剂多采用热塑性的线性高分子聚合物，一般是聚烯烃
或其衍生物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、 聚四氟乙烯、氯乙烯-丙烯腈等。天然或合成橡胶也可作 为粘结剂。 网布起到增强作用，一般可使用锦纶、丙纶、氯纶、无纺 布或者玻璃纤维织物等。
均相离子交换膜制备
•电渗析：在电位差推动力的作用下，溶液中的带电离子选 择性地透过离子交换（选择透过）膜（荷电膜）的过程，是 从水溶液中分离离子的一种分离技术。
ED和RO脱盐过程比较
电渗析优点
电渗析技术是20世纪50年代发展起来的一种膜分离 技术。它具有以下优点: 1. 能量消耗少，不发生相变，只用电能来迁移水
中已解离的离子； 2. 电渗析器主要由渗析器、离子交换膜和直流正
在预先制备的基膜上引入功能基团。过程简单，但功 能基化程度不易控制，经常会出现功能基化不均匀。
半均相离子交换膜制备
用粒状粘结剂浸吸单体进行聚合在功能基化，制成含 粘结剂的热塑性离子交换树脂，再按照非均相膜制备 方法制备成膜。
用粉状粘结剂浸吸单体、增塑剂等，然后涂在网布上 进行热压聚合再功能基化。（对网布要求较高，一般 多用长纤维的氯纶）
单体的聚合或缩聚：其中至少有一个单体须含有可引 入离子交换基团的结构或含有离子交换基团的单体与 另一单体形成嵌段聚合物。可制备较高离子交换容量 ，但易溶胀。
含离子交换基团的聚合物或混合物，通过在共同溶剂 中溶解后流延成膜。
聚合物先功能基化，然后溶解流延成膜来自百度文库方法简单， 但通常聚合物功能化程度不能太高，尤其不能在成膜 前引入交联结构，膜综合性能不高。
负电极组成，设备结构简单，操作方便； 3. 离子交换膜不需要像离子交换树脂那样失效后
用大量酸碱再生，可连续使用。
离子交换膜
（1）按活性基团分类 阳离子交换膜（简称阳膜）、阴离子交换膜（简称阴膜） 和特种膜。
磺酸型阳膜的示意为：
R SO3H 解离R SO3 H
基膜 活性基团
基膜 固定离子 可交换离子
季胺型阴膜的示意为：
R N(CH3)3OH 解离R N (CH3)3 OH
基膜 活性基团
基膜 固定离子 可交换离子
离子交换膜
（2）按膜的结构分类
异相膜（或称非均相膜）：膜主体相和功能基团不以化学键 结合。 容易制造，价格便宜，但选择性较差，膜电阻也大。 均相膜：膜结构均一，功能基团和膜基体以化学键相连。 优良的电化学性能和物理性能，近年来离子交换膜的主要发 展方向。 半均相膜：功能基团一部分和膜基体化学键合
流延聚合法：离子交换树脂分散在部分聚合的聚合物 溶液中流延成膜然后在进行后聚合。
目前市场上的非均相膜主要是采用热压法制备的。
热压法制备非均相膜
具体步骤：先将粉状（<50微米）的离子交换树脂和惰性 粘结剂按一定比较混合，在双筒（或三筒）滚压机上混炼 ，再拉出一定厚度的膜片（约0.5mm)，然后在膜片的上下 两面各加一层网布，在聚合物的软化温度附件热压成膜。
扩散系数D：离子交换膜的扩散系数包括电解质通过膜的 扩散，两种反离子通过膜的互扩散以及离子通过膜内的自 身扩散。均是评价离子交换膜性能好坏的重要指标。可选 用电导法或互扩散法测定。
水的迁移数Twm：在无压差时，水也会由于浓度或电场梯度 进行扩散。
选择透过系数：表征膜对同种电荷离子的选择通过能力。
含水量：表示湿膜中所含水的百分数，以每克干膜中 所含水质量的克数表示（%）。通常采用称重法测定 。有时也以单位摩尔固定基团结合水的摩尔数表示。 一般电渗析膜的含水量为30％～50％。
离子交换膜的性能指标
溶胀度：指膜在溶液中浸泡后，其面积或体积变化的 百分率。测定程序同含水量。
厚度：膜厚度与膜电阻和机械强度有关。一般异相膜 的厚度约1mm，均相膜的厚度约0.2～0.6mm，最薄的 为0.015mm。
Ti j
tj Cj
/ ti / Ci
离子交换膜性能间的依存关系
盐渗透 同离子泄漏
水传递数
膜
导电性 溶胀度
含
水
量
机械强度
同离子选择性 反离子迁移数
离子交换容量
电渗析膜的性能要求
（1）具有较高的选择透过性：这是衡量离子交换膜性能 优劣的重要指标，其定义式为
膜分离技术
第七章 电渗析
电渗析（electrodialysis，ED）
• 渗透：由于化学位差的作用，纯溶剂（水）透过膜向溶液 侧移动，使溶液变淡，或者低浓溶液中的溶剂透过膜进入浓 度高的溶液，而溶质不透过膜。
•渗析：用膜把一容器隔成两部分，膜的一侧是溶液，另一 侧是纯水，小分子溶质（或离子）透过膜向纯水侧移动，同 时，纯水也可能透过膜向溶液侧移动的过程；或者溶质从浓 度高的一侧透过膜扩散到浓度低的一侧的过程。
离子交换膜的性能指标
交换容量：膜的交换容量是表示在一定量的膜样品中 所含活性基团数，通常以单位干重膜所含的可交换离 子的毫克当量数表示（meq/g)。一般用离子交换法测 得，即阳膜先转化成H型，用0.1M NaOH溶液反滴； 阴膜转化成Cl型，用0.1M AgNO3溶液滴定。一般电渗 析膜的交换容量约为1～3毫克当量/克（干膜）。