第七章 电膜过程

同离子，这里为 阴离子
离子膜分类
按电荷分

按膜结构划分 均相膜 半均相膜 异相膜


阳离子交换膜：活性基团：磺酸基（-SO3H） 磷酸基（-PO3H2） 羧酸基（-COOH） 砷酸基（AsO32-）等； 阴离子交换膜：活性基团：伯、仲、叔、季胺 基和芳胺基-NH3+、 -RNH2+、 -R2NH+、-R3N+、 双极膜
电渗析器的结构
1、4.离子交换膜；2、5.隔板；3.隔板网
电渗析操作模式



电渗析器的组合方式有串联、并联及串 并联相结合几种方式，常用术语“级” 和“段”来表示。 “级”是指电极对的 数目，一对电极称 为一级； “段”是指水流方向，每改变一次水流 方向称为一段。
电化学性能 膜电阻 可以用面电阻表示 （ cm2 ）。它的 高低对能耗影响很 大 膜电位 由于离子的选择性迁 移而形成一浓差电 位，膜电位不是平 衡电位，而是由于 通过膜的离子的流 动而产生的电位。

0.1mol/l KCl
0.2mol/l KCl
0.1mol/l KCl
0.2mol/l KCl
离子枯竭 极化 极限电流
阴膜
Cl（—） （+）
极化产生的危害


产生结垢使电阻增加，膜使用寿命下降。 在阴膜淡水室一侧留下 H+ ，溶液呈酸性 也影响膜寿命。 总的结果是离子迁移减少，脱盐率下降， 水质下降，电流效率下降。
极化的防止及结垢消除方法




控制操作电流密度要小于极限电流密度。 提高溶液湍流程度，减小扩散边界层厚 度。 定期用稀盐酸或稀醋酸进行洗涤。 倒极电渗析，即在运行过程中每隔 2 ～ 8hr之间倒换一次电极，同时改变浓、淡 水系统流向，使浓、淡水室同时互换。 频繁倒极电渗析，简称为EDR。
E测 2E0
RT a1 E0 ln ZF a2
离子交换膜的选择透过性


膜中孔隙：具有“筛分作用” 基膜上带固定电荷的活性基团：产生道南排斥 作用，只让反离子通过，不让同离子通过。 选择透过性(P):
t m ts P 100% 1 ts
扩散系数:
在没有电场作用时,在浓差作用下,盐可以透过膜的 能力.
非均相离子交换膜的制备
树 脂 干 燥 过 筛 磨 粉
配 料
混 炼
拉 片
加网热 压
半均相离子交换膜的制备

半均相离子交换膜主要用含浸膜。有两 条路线，一是用粒状粘结剂浸吸单体进 行聚合，制成含粘结剂的热塑性离子交 换树脂，再按异相膜那样制备相应的膜 （不需要磨粉）；二是用粉状粘结剂浸 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(糊状法)。
E m (2t 1)
RT a1 ln ZF a 2
Em / Eo 2t 1
Em Eo t 2Eo
膜电阻测定
DDS-11A 电导仪 Ag-AgCl 电极
膜样品
数字 万用表
Ag-AgCl 电极
膜电位、迁移数测定
V
膜 样 品
t 1 t 1
E测 2E0
t
均相离子交换膜的制备



（ 1) 单体的聚合或缩聚，其中至少有一 个单体必须含有可引入阴离子或阳离子 交换基团的结构； （2)在预先制备的基膜中引入功能基团 （3）聚合物先功能基化，然后溶解流涎 （浇铸）成膜
单体的聚合
单体的缩聚

溶液浇铸法制备离子交换膜
离子交换膜的主要性能表征

物理性能 化学性能： IEC（交换容量） 每克干膜（氢型）或湿膜（氢型）与外界溶液 中相应离子进行等量交换的毫摩尔数值[mmol/g] 含水量 指干态膜在水中溶胀后增加的重量，以百分数 表示。 湿态膜重－干态膜重 含水率（％）＝ 100 ％ 干态膜重
+ + +
-
K+
+ + +
+
+
-
-
+
+ Cl-
阳 膜
阴 膜
E m (t t )
RT a1 ln ZF a 2
膜内迁移数
某种离子在膜内独立迁移电量与全部离子在膜内迁移 总电量的比值 测膜电位的方法可求迁移数。假设电解质是1－1型，因
t t 1
RT a1 Eo ln ZF a 2
极限电流的测定


伏－安曲线法。将两片铂片 插在膜堆内约 20 对膜的左右 边，铂片上的铂丝导线伸出 膜堆外，并连接在电压－电 流表组成的测量回路中。测 定时保持溶液温度、浓度及 浓、淡水流速恒定。改变输 入电流，测出膜堆电压，用 膜对数除之则得出膜对电压。 以膜对电压为纵坐标，电流 密度为横坐标作图，得 I-V 曲 线。开始时电压与相应的电 流值成线性关系，当超过某 一电压值后则出现拐点，即 直线的斜率发生了变化。这 个拐点所对应的电流密度即 为极限电流密度。
扩散系数测定
电极 电机 膜 桨 水
DDS-11A 电导仪
1N NaCl
电导池
实用离子交换膜的主要性能要求

u
Hale Waihona Puke Baidu
u u u u u
膜对离子的选择性高； 膜的导电性能好，电阻低， 适宜的交换容量， 较小的盐扩散系数和水的渗透通量； 具有良好的物化稳定性。 膜的外观平整，厚度均匀，没有针孔
内容简介

离子交换膜的定义及分类 离子交换膜的制备简介 电渗析原理 特殊电渗析（EDR、EDI） 离子膜电解 双极膜及其水解离
离子交换膜定义

离子交换膜是膜状的离子交换树脂。它包括三个基本 组成部分：高分子骨架，固定基团及基团上的可移动
离子。
电解质溶液
阳离子交换膜
带固定基团的聚 合物主体 反离子，这里为 阳离子

电渗析原理
料 液
1 浓缩液
2
3
4
5
6
脱盐液
主要过程： 在电埸力作用下，料液中阳离子透过阳膜 进入浓室，阴离子透过阴膜进入浓室。其 结果是浓室水盐浓度升高,淡室水中盐浓度 降低 伴随过程： 同名离子迁移 浓差扩散 水的迁移：浓差迁移、电渗透、压差迁 移
电渗析过程中的浓差极化

离子交换膜的传质理论


道南平衡理论 基本传质方程：由对流传质、扩散传质、 电迁移传质三部份组成，总传质速率为：
FDi d dci d (ln ri ) J i VC i Di ( Ci ) Z i Ci dx dx RT dx
电驱动膜过程—电渗析
电渗析过程能耗低,无污 染,水回收率高,装置寿 命长. 主要用于脱盐淡化和浓 缩