双极性膜电渗析技术在硅溶胶制备中的应用研究
硅溶胶的性质_制备和应用_田华
硅溶胶的性质、制备和应用田 华,陈连喜,刘全文(武汉理工大学理学院,武汉430070)摘 要: 硅溶胶是二氧化硅的胶体微粒分散于水中的胶体溶液,由硅溶胶的特殊性质和特点出发,讨论总结了硅溶胶的制备方法。
作为一种重要的无机粘结剂,硅溶胶被广泛应用于化工、铸造、纺织、造纸、材料、涂料、电子、抗静电剂、催化剂等工业领域。
同时对硅溶胶的研究和开发前景进行了展望。
关键词: 硅溶胶; 性质; 制备; 应用Prosper ities,M anufactures and Appl ica tion of Sil ica SolT IA N H ua,CH EN L ian2x i,L IU Q uan2w en(Schoo l of Sciences,W uhan U niversity of T echno logy,W uhan430070,Ch ina)Abstract: Silica so l is a k ind of co llo id so luti on w ell dispersing co rpuscles of silica in w ater.F rom the special characteristic and p roperties,summ arize k inds of m anufactures of silica so l。
A s a k ind of i m po rtant ino rganic adhesi on agent,it has been w idely used in the areas of chem ical engineering,casting,textile m ak ing,paper m ak ing, m aterials,coating,electron,antistatic agent,catalyst industry,etc.M eanw h ile,the p ro spects fo r m anufacture and research of silica so l are also fo recast.Key words: silica so l; characteristic; m anufacture; app licati on 硅溶胶是二氧化硅的胶体微粒分散于水中的胶体溶液,又名硅酸溶胶,或二氧化硅水溶胶。
硅溶胶的制备及其在涂料中的应用
２硅溶胶的制备方法
制备硅溶胶有两种方法，即凝聚法和分散法。 利用在溶液中的化学反应首先生成ｓｉＯ：超微粒子， 然后通过成核，生长，制得ＳｉＯ：溶胶的方法为凝聚 法；利用机械分散将ＳｉＯｚ微粒在一定条件下分散 于水中制得ｓｉＯ：溶胶的方法，即分散法。根据使用 原料及工艺的不同，上述两种方法可细分成下面多 种常见的制备方式。 ２．１离子交换法
附作用，致使二氧化硅表面可带有某种电荷，用反
应式表示为：
＼
Ｈ＋
＼
ＯＨ’ ＼
一Ｓｉ一０Ｈ２＋砷—兰一Ｓｉ—ＯＨｌｑｉ—邕一Ｓｉ一０。＋Ｈ２０
／
／
／
显然，二氧化硅所带电荷由水溶液的ｐＨ值决
定，当ｐＨ值为适当数值时其表面电荷可为零，此
时即为其零电荷点，一般情况下，零电荷点接近于
等电点。研究表明：二氧化硅的等电点为ｐＨ＝２。当
由于具有上述优点，自２０世纪４０年代以来，硅 溶胶作为一种用途广泛的无机硅化合物在众多领域 得到了应用。特别是在涂料领域，硅溶胶作为一种 无机涂料与有机高分子聚合物乳液复合取得了令人 满意的效果，因而引起了世界范围内涂料研究者的 关注。通过将无机纳米二氧化硅引入聚合物乳液， 可以制备出性能优良的无机一有机纳米复合材料， 成为材料工作者研究的方向之一。并且随着现代科 学技术的进一步发展，当前社会各行业对于硅溶胶 的需求无论从数量上还是从质量上都有了极大的 发展。为此，根据硅溶胶市场的需求，找出目前我 国与世界发达国家在该项技术领域的差距，进一步
2.期刊论文 郑典模.屈海宁.马纯超 改良单质硅水解法制备硅溶胶的工艺研究 -硅酸盐通报2010,29(4)
笔者对硅溶胶的单质硅粉溶解制备方法进行 了系统研究，发现到目前为止，该项技术仍然存在 一些问题：第一，单质硅溶解法的反应是硅与碱 液的反应，这是一个放出气体（氢气）的自动放热 的氧化还原反应。因为反应放热，所以该反应的温 度控制尤为重要，否则，随着热量的大量放出反应 将失控，目前大部分研究者都采取保持较低的反 应温度和延长反应时间的办法来减小放热影响， 这就带来了反应时间过长的负效应。因此，研究如 何通过合理的升温和控温，既达到反应可控又保 证合理的反应速率，是实现其实用化的关键技术 之一。第二，产物稳定性控制的研究报道也较少， 特别是实用化的稳定剂的研究仍需做大量工作。 第三，废物氢气的处理。由前述反应可知，反应中 放出大量的氢气，氢气可作为一种绿色能源，应用 前景广阔，如何收集这些氢气，使其变废为宝也是 值得研究的课题之一。 ２．３其他方法
硅溶胶的制备与应用
硅溶胶 的制备与应用
马纯超 。郑典 模
（ 南昌大学 ．江西南 昌 ３ ０ ３ ） ３０１
摘
要 ：文章 介绍 了硅溶胶 的主要性质和应用领域 ，以及 国内外硅 溶胶领域 的发展现状 ，
并阐述了硅溶胶制备的基本方法及其优缺点。离手交换法、 单质硅水解法是同 前工业化最成熟
的工 艺。开发新 的硅溶胶制备工艺 ．制造高浓度 、高纯度 、高稳定 性 、特 殊用途硅溶胶产品是 硅溶胶制备研究 的发展趋势 。
的研究热 点 。 ・ －
与国外相 比， 国的硅溶胶在粒径和胶粒均匀性方面还有待改进 ， 我 许多特殊用途的硅溶
胶还不能生产 ，限制了硅溶胶的应用。近几年国内一些学者在大粒径硅溶胶 、 有机硅溶胶和
改性硅溶 胶方 面 也作 了不 少工作 。
１硅溶胶 的制 备方 法
和法 、胶溶法 、聚合溶胶法色 或淡 青 色 透 明溶液 ，基 本成 分 为无 定 型 的二 氧 化 硅 ．分子式 为 ｍＳＯ ・ Ｈ Ｏ，其 中ＳＯ 以胶团（ ｉ２ ｎ ２ ｉ２ 下图为碱性钠型硅溶胶胶团结构示意 图） 形态分散在水或有
机溶 剂 中。
疑接
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促使品种生长 ；最后纯化浓缩制备得硅溶胶产品。
每个步骤对最终硅溶胶产品均有直接的影响， 制备均匀性 良好的晶种是制得优质硅溶胶 的基础，晶种生长阶段要严格控制硅酸溶液加入量 ， 使体系中硅酸浓度始终处于最低成核浓 度和饱和浓度之间 ，防止产生新的晶核 ，实现单纯的粒径增长。
１ 单质硅 水解 法 ． ２
无机 高分子建 筑 涂料 的兴起 ， 为硅溶 胶 的大量 应用开 辟 了广 阔 的市 场 。随着 电子Ｔ业迅速 发
高中化学微专题-双极膜电渗析法
双极膜电渗析原理
1、双极膜的结构
双极膜是一种新型的离子交换复合膜，一般由阴离子交换树脂层（AL）、阳离子交换树脂层（CL）和中间层组成。
中间层市场上常用别称：过渡层、催化层、复合层、界面层等。
2、双极膜电渗析原理
在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的 H2O 解离成 H+和 OH-，并进行离子定向迁移，分别通过阳离子交换膜层和阴离子交换膜层，作为系统H+和 OH-离子供应源。
H+和 OH-则主要通过过渡区水的解离而得到及时的补充，消耗的水又通过周围溶液中的水向膜中间渗透而弥补。
如果将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成双极膜电渗析系统 , 能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱, 这种方法称为双极膜电渗析法。
3、双极膜电渗析法的应用
基于双极膜的特点，配备不同的阳离子交换膜、阴离子交换膜及其他配件，可以组装成不同形式的双极膜电渗析( 双极膜电渗析的形式含：二隔室、三隔室、四隔室、五隔室等)。
生产中常规双极膜电渗析（BPED或EDBM）主要作用如下：
①无机盐制备对应的酸和碱：硫酸钠、氯化钠、硫酸锂等。
②有机酸盐制备对应的有机酸和碱（有机碱盐与之类似）：酒石酸、葡萄糖酸、柠檬酸、维生素C、四甲基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵等；
基于双极膜制酸、碱功能，双极膜电渗析在很多无机系统、有机系统中常常会被用来与电解法做对比。
以纯氯化钠系统为例，两种工艺对比如下：
练习：1、
答案：D
2、
答案：
3、
答案：。
电渗析
1 电渗析技术概述电渗析(ED)技术Il1是膜分离技术的一种，1、1原理：是将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐(淡化)和浓缩两个系统，在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
1、2优点是：①能量消耗低；②药剂耗量少，环境污染小；⑧对原水含盐量变化适应性强；④操作简单，易于实现机械化、自动化；⑤设备紧凑耐用，预处理简单；⑥水的利用率高。
电渗析也有它自身的缺点：与反渗透(RO)相比，脱盐率较低。
在运行过程中易发生浓差极化而产生结垢；1、3两个基本理论-解释离子交换膜的双电层理论和应用于膜两侧大分子渗透平衡以及离子交换树脂与电解质溶液间平衡的膜平衡理论书本p118-119（规律）1、4 传递现象书本p1192 电渗析技术及其应用2．1 电渗析技术发展简述经历了三大革新：①具有选择性离子交换膜的应用网；②设计出许多层电渗析的组件；③采用倒换电极的操作式。
目前电渗析技术已发展成一个大规模的化工单元过程，在膜分离领域占有重要地位。
应用前景非常广阔。
2．2 几种常见的电渗析过程（6种）2．2．1 倒极电渗析(EDR)EDR为电渗析的应用前景提供了一个重要方向[，根据ED原理，每隔一定时间(一般为15-20min)，正负电极极性相互倒换(频繁倒极)，能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，以确保离子交换膜工作效率的长期稳定及淡水的水质水量。
在废水处理方面的应用有其独到之处，EDR 浓水循环，水回收率最高可达95％，它的服役寿命长，管理简单，与其他方法相比更有竞争力。
2．2．2 填充电渗析(EDI)填充床电渗析(EDI)，它是将电渗析与离子交换法结合起来的一种新型水处理方法，它集中了电渗析和离子交换法的优点，并克服了它们各自的缺点，提高了极限电流密度和电流效率的作用。
在该过程中，粒子交换树脂颗粒填充在电渗析器的淡化室内外，被离子交换树脂吸附的离子在电场作用下不断迁移入浓水室，这样离子交换树脂不需要再生，而原料液中的离子几乎可完全被除去。
双极膜电渗析技术的研究进展
双极膜电渗析技术的研究进展电渗析（ED），作为膜分别中进展较早的分别技术，是在电场作用下，以电势差为驱动力，利用离子交换膜对料液进行分别和提纯的一种高效、环保的分别过程。
1956年，V. J. Frilette发觉在电渗析膜面上形成的钙镁垢是由膜面上的水解离造成的，从而首次提出利用双极膜（BPM）促进膜中水解离现象的想法。
随着膜分别技术和膜材料的进展，消失了由阴阳离子交换层和中间界面催化层复合而成的双极膜材料。
其与传统电渗析结合构成的双极膜电渗析（BMED）技术在近年来得到了快速进展，成为了ED工业进展的新增长点。
BMED是由BPM、阴离子交换膜（AEM）、阳离子交换膜（CEM）等基本单元根据肯定的排列方式组合而成的。
在电场作用下，双极膜中的H2O快速解离为H+和OH-，将盐溶液转化为酸和碱。
近年来，BMED多用于清洁生产、资源回收利用、污染零排放中，同时作为新兴的绿色技术，BMED与其他化工技术正朝着集成化的方向进展。
本文从BMED的基本工作原理动身，回顾BMED技术的进展过程，并总结其近年来在酸碱生产、资源分别和污染掌握等方面的讨论和应用进展，最终依据目前双极膜应用中存在的问题探讨其讨论的重点和将来进展的方向。
01 双极膜电渗析1.1 BMED的工作原理BMED运行时，在电场作用下离子进行定向迁移，当双极膜中的离子都迁向主体溶液时，中间层的水会解离产生H+和OH-对电流进行负载。
然而双极膜中发生的水解离现象不同于通常的水解离，讨论者们对其解离的过程机理开展了大量的理论讨论，但限于过程的简单性，目前还没有达成统一的结论。
依据水在双极膜中间层解离过程的不同，主要提出3种解释水解离机制的物理模型，见图 1。
SWE模型认为，在电场作用下，双极膜中间层（阴阳离子尖锐结合区）会因离子迁移而消失薄的无离子区域，认为水解离发生于此。
H2O 的解离跟弱电解质在高压条件下的解离过程相同，H+和OH-的产生速率为H2O的解离速率，解离常数与电压成正相关；在SWE模型的基础上，为了解膜上荷电基团对水解离的影响，进一步提出化学反应模型（CHR），该模型认为由膜基质中的羧酸基、叔胺基和膜内的金属离子等影响水解离速率的现象可知，膜上固定基团通过质子化反应进行水解离产生H+和OH-，且解离更易发生在AEM侧；为解释双极膜中间层较大的能量消耗，提出中和层模型（NL），结果发觉，双极膜的AEM、CEM界面处存在中和层区域，水解离发生在电荷区和电荷与中和层区域的界面处。
双极膜电渗析在钢铁行业酸洗废液处理中的应用研究
双极膜电渗析在钢铁行业酸洗废液处理中的应用研究摘要：将双极膜电渗析技术应用到钢铁行业酸洗废液处理领域，采用自主设计的双极膜电渗析器，以某钢带厂酸洗废液中和后的上清液（Na2SO4）为原料制备NaOH和H2SO4。
要求产生的硫酸（浓度大于10%），回用于酸洗生产线；产生的氢氧化钠（浓度大于8%）用来中和沉淀原酸洗废液。
实验结果表明：在电流密度57mA/cm2，中和处理后的上清液（Na2SO4 10%）条件下，实验范围内新产生的H2SO4 浓度约为15.4%，NaOH浓度为7.9%，满足要求。
因此将双极膜电渗析法应用到钢铁行业酸洗废液处理过程中是可行的、且具有较大的优势，能做到减少污染物排放，资源回收，节约原料成本的目的。
关键词：双极膜电渗析，钢铁行业，酸洗废液，资源回收前言：在钢材生产过程电镀和喷涂生产单元之前，应清除掉外表面的氧化铁皮。
目前除氧化铁皮的方式，基本使用酸洗技术。
所谓的废酸液是指经过酸洗后酸洗液中酸的浓度降低，铁盐的含量增加，从而使酸洗能力不能满足生产速度和质量要求的酸洗液，这时的溶液中仍含有5%左右的酸，也含有20%~24%的铁（FeSO4），由于严重的腐蚀性，已被列入《国家危险废物名录》。
如果对该废酸液不进行处理，排入下水道或者直接外排到附近受纳水体，残酸会腐蚀水泥和混凝土及周边土地，破坏水体中的碳酸钙平衡，而使水中动物死亡，有害于农作物，该类废液直接排放不仅严重污染周边环境，违反国家《环境保护法》，而且造成极大浪费。
目前国内外钢铁工业硫酸酸洗废液的处理方法主要有中和法、硫酸铁盐法、渗析法、生物法等方法。
中和法：一般采用石灰、电石渣或烧碱对其进行中和处理，使pH值达到国家排放标准后排放。
其缺点是中和药剂成本高，费用大，废酸处理量受限，而且酸洗废液中的硫酸、FeSO4等资源没有得到有效利用。
硫酸铁盐法采用浓缩、冷却、结晶等手段，使硫酸亚铁结晶析出，并烘干回收。
其缺点是设备投资大，操作麻烦，处理频繁，生产周期长，能耗高，只能回收硫酸亚铁，不能回收硫酸。
硅溶胶的制备及其影响因素
硅溶胶的制备及其影响因素作者：张翠，李绍纯，金祖权，赵铁军来源：《科技视界》 2015年第5期张翠李绍纯金祖权赵铁军（青岛理工大学土木工程学院，山东青岛 266033）【摘要】硅溶胶是二氧化硅的胶体分散于水中或溶剂中的一种胶体溶液，具有一系列优异的性能，广泛应用于涂料、纺织等行业。
本文综述了以正硅酸乙酯为原料采用溶胶-凝胶法制备硅溶胶的过程及稳定性的影响因素。
【关键词】硅溶胶；正硅酸乙酯；稳定性；溶胶-凝胶法【Abstract】Silica sol is a colloidal dispersion of silica in water or solventin a kind of colloid solution, Silica sol has many excellent performance, thus it widely used in paint, textile and other industries, the ethyl silicate as the raw material is to be the reaction of silica sol prepared by sol-gel method process and the influence factors of stability are summarized in the paper , in order to make certain directive significance to the design process of silica sol.【Key words】Silica sol; Ethyl silicate; Stability; Sol - gel method0 引言硅溶胶是二氧化硅的胶体粒子分散于水中或溶剂中的一种胶体溶液，又名硅酸溶液或二氧化硅水溶液[1]。
根据pH值的不同硅溶胶分为酸性硅溶胶和碱性硅溶胶。
电渗析技术简介
知识讲座第二讲电渗析技术简介电渗析是五十年代发展起来的膜法分离技术之一，它的应用范围巳从初期的海水和 苦咸水淡化扩大到电子、医药、化工、工业 综合利用等乃至环境保护领域中。
目前，我国巳有二十多个省市共1000多台电渗析设备投入运转。
为进一步普及电渗析技术，仍有必要对电渗折技术作概念性介绍。
一、电渗析的原理电渗析是利用具有选择透过性的离子交换膜在外加直流电场的作用下，使水中的离子作定向迁移，并有选择地通过带有不同电荷的离子交换膜，从而达到溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。
其原理如图所示。
图为一个4隔室型的电渗折原理示意 图，A 为阴离子交换膜（简称阴膜），C 为 阳离子交换膜（简称阳膜），阴膜与阳膜交替 排列，两端设置电极。
阴膜与阳膜之间的空间称为隔室。
包含电极的隔室称极室，通入极室的水流称为极水。
将含有NaCl 的溶液分别通入隔室1、3和 2、4中，并将极水分别通入阳极室a 和阴极室b 。
当接通电源后，水中的离子即开始作定向迁移，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。
由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻挡阴离子；阴离子交换膜只允许阴离子通过，阻挡阳离子。
因此，隔室1、3中的钠离子分别透过阳膜进入隔室2、4；氯离子透过阴膜进入隔室2、4。
而隔室2、4中的钠离子和氯离子则均被不同电性的离子交换膜所阻挡而不能迁出，于是形成1、3隔室中的离子数量减少，2、4隔室中的离子数量增加的交替排列的脱盐室和浓缩室。
在应用中，以紧面装置将众多的隔室压紧，使所有的淡水隔室和浓水隔室各自联通，即可进行工作。
二、电滲析器的构造电渗析器包括由离子交换膜、隔板、隔网组成的膜堆部分和电极、极框组成的电极部分。
各部分以紧固框架压紧，成为一个整体。
离子交换膜：电渗析设备中的离子交换膜在整个设备中是最关重要的部件，膜性能的优劣对设备的脱盐能力起着决定性的作用。
离子交换膜通常以聚乙烯等高分子材料为基膜，基膜的高分子链上，接有可以电离出阳离子或阴离子的活性基团，活性基团由固定基团和解离离子组成。
双极膜电渗析技术在有机酸生产中的应用进展
双极膜电渗析技术在有机酸生产中的应用进展在最近的10几年里，双极膜电渗析技术(Elec-Trodialysis with Bipolar Membrane，EDBM)的理论和应用研究获得了突飞猛进的发展。
双极膜的应用研究已经深入到环境、化工、生物、食品、海洋化工和能源等各个方面。
但是真正用于大规模生产的，主要也就是在有机酸发酵生产中的应用了。
采用双极膜电渗析技术可以浓缩发酵液中的有机酸，可以除去发酵液中的无机盐离子。
对于发酵产物为有机酸盐的，还可以实现从有机酸盐到有机酸的转化，而不需要另外加酸，也不产生任何酸碱盐废液。
因此能够减少环境污染，降低化工原料和能源消耗，具有显著的工业应用价值和环境效益。
同时因其产品回收率高、纯度高，而由此导致的产品质量提高所带来的经济效益更令人振奋。
所以从1995年后，在美国、意大利、日本、法国和德国等都纷纷建立了双极膜电渗析法生产有机酸或氨基酸的工厂，而国内大多还只停留在实验研究阶段。
我们也正在从事这方面的研究，但由于双极膜价格贵，设备一次性投入很大，因而在大规模生产上还不是很普及。
所以若能在双极膜本身的生产方面有所突破，那么双极膜电渗析技术在有机酸生产中的应用前景将会非常乐观。
1 双极膜电渗析技术生产有机酸的原理双极膜是近年来发展比较迅猛的一种新型离子交换复合膜，由阴、阳膜层缔合而成，在电场的作用下，阴、阳膜层的界面就会发生水的解离，产生H+和OH-．H+可与阴离子结合成酸，OH-可与阳离子结合成碱，这就是双极膜能够实现制酸、制碱的关键所在。
据理论计算，制备1mol/L 25℃的酸和碱，双极膜的理论电势只有0.83V，而电解需2.1V，因此利用双极膜进行水解离制备酸和碱比直接电解水要经济得多。
双极膜电渗析技术是在离子交换基础上发展起来的一种高效膜分离技术，其基本依据是离子在电场作用下的定向运动和离子交换膜的选择透过性，以及双极膜特有的水解产生H+、OH-的能力。
在此法中同时还有配套使用的阴膜和阳膜。
硅溶胶稳定性影响因素的研究进展
DOI:10.3969/j.issn.1009-1815.2011.02.013第29卷第2期2011年6月胶体与聚合物Chinese Journal of Colloid &polymer Vol.29No.2Jun.2011硅溶胶也称胶体二氧化硅，为乳白色的溶胶液，是无定形SiO 2聚集颗粒在水中均匀分散形成的胶体溶液，其分子式可表示为mSiO 2·nH 2O ，胶体粒子的大小在1~100nm 范围内。
硅溶胶粒子的内部结构为硅氧烷键（-Si-O-Si-），表面层由许多硅氧醇基（-SiOH ）和羟基（-OH ）所覆盖，如图1所示，胶团中心是胶核，是由大量的SiO 2分子组成的紧密聚合体[1]。
图1硅溶胶的粒子结构由于硅溶胶中SiO 2粒子具有较大的表面活性，经过表面改性又能与有机聚合物混溶，应用于涂料、精密铸造、耐火材料以及电子工业等行业，成为日益引人注目的精细化工产品，有着广阔的应用前景[2]。
根据pH 值范围硅溶胶可分为酸性硅溶胶和碱性硅溶胶。
当pH=7～10，即为碱性硅溶胶，一般较稳定，容易制备粒径大、颗粒均匀的溶胶液。
pH ＜7时为酸性硅溶胶，处于亚稳定状态，放置过久容易逐渐发生凝胶，难以制备高浓度的酸性硅溶胶。
1硅溶胶的稳定机理ζ电位、布朗运动及足够的溶剂阻隔三大因素赋予硅溶胶聚结稳定性和动力稳定性。
然而，胶粒为介稳相，始终存在自发聚结的倾向，三大稳定因素只要有一种被削弱，胶粒就会自动凝结，产生凝胶或聚沉。
按照胶体化学关于溶胶双电层稳定理论及胶体DLVO 理论，相互作用的带电粒子之间主要靠静电作用（吸引能和排斥能的综合作用）而相对稳定存在[3]。
详细解释为：胶团中心的胶粒是由成千上万个SiO 2分子组成的紧密聚合体，它不溶于水，但可以从周围水溶液中有选择性地吸附某种离子，而反离子则以扩散层形式分布在水中，其中一部分反离子密聚在紧密层，另一部分反离子则在扩散层内。
胶核和紧密层一起组成胶粒，胶粒是带电荷的。
双极膜研究进展及应用展望
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 1 期双极膜研究进展及应用展望罗芬，杨晓琪，段方麟，李小江，吴亮，徐铜文（中国科学技术大学化学与材料科学学院，安徽 合肥 230026）摘要：双极膜是一类具有特殊“三明治”结构的离子交换膜。
在反向偏压下，双极膜界面层独特的水解离行为使其具有在线生成H +和OH −能力，因而在酸碱生产、资源分离回收等领域发挥着越来越重要的作用。
双极膜界面层催化剂的引入可以有效降低水解离反应电阻。
然而，大部分双极膜由于界面层构筑不当使其存在水解离电压过高、膜层结合力差、催化剂泄漏以及第一极限电流密度大等问题，无法实现大规模的工业化制备及应用。
因此，本文立足于双极膜及技术近期研究进展，从双极膜的水解离机理出发，综述了界面层催化剂的种类、界面构筑方式及膜层的复合工艺三个方面的研究进展，深度分析了浸蘸法、涂覆法、静电组装、原位生长、层层堆叠等界面催化剂固定方式的优缺点，力求为双极膜的规模化制备提供相应的理论支撑。
文中也指出了双极膜在工业化酸碱生产过程中的瓶颈问题，提出了不对称双极膜电渗析在工业化酸碱生产应用中的关键作用。
最后对双极膜的电化学应用前景进行了展望，即应该努力探索双极膜在电解水制氢、二氧化碳还原、电化学合成氨、燃料电池、液流电池等能源领域的应用前景，以此来推动双极膜的发展。
关键词：双极膜；界面层；催化剂；水解离；电化学应用中图分类号：TQ31 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）01-0145-19Recent advances in the bipolar membrane and its applicationsLUO Fen ，YANG Xiaoqi ，DUAN Fanglin ，LI Xiaojiang ，WU Liang ，XU Tongwen(School of Chemistry and Materials Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, Anhui, China)Abstract: Bipolar membranes (BPMs) with a unique “sandwich ” structure are a particular class of ion-exchange membranes. Under reverse bias, the unique water dissociation (WD) feature and the local pHcontrol extensively apply the BPMs in acid/base production, resource separation and recovery. The WD resistance can be effectively reduced via the introduction of catalyst at the interfacial layer (IL) of BPMs.However, due to the imperfections of the IL, most BPMs have unwanted behaviors, such as high WD voltage, severe membrane delamination, catalyst leakage and high limiting current density, which leads to the large-scale industrial application of BPMs being unachievable. Therefore, based on the latest research progresses of BPMs, beginning with the WD mechanism of BPMs, this paper reviewed the research progress in three aspects: the types of interfacial layer catalyst, the construction methods of IL and the composite process of the membrane layers. Also, this paper deeply analyzed the merits and demerits ofinterfacial catalyst fixation methods such as immersion method, coating method, electrostatic assembly,特约评述DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1260收稿日期：2023-07-21；修改稿日期：2023-09-28。
双极膜技术及其应用
双极膜电渗析技术及其应用王剑摘要：文章从双极膜的基本概念出发，在介绍其结构、运行机理和相关模型的基础上，总结了双极膜电渗析技术在各个领域的应用现状，说明了双极膜电渗析过程具有集成度高、节能、不消耗任何酸碱盐、不产生废液、环境效益和经济效益显著等优点。
关键词：双极膜，运行机理，水解理论，迁移理论，制备，应用目录0 引言 (2)1 双极膜的结构、运行机理及特点 (2)2 双极膜水解离理论 (3)2.1 Second Wien Effect(SWE)模型 (3)2.2 化学反应CHR模型 (4)2.3 中和层NL模型 (4)3 双极膜迁移理论 (4)3.1 双极膜内水迁移理论 (4)3.2 双极膜内离子迁移理论 (5)4 双极膜的制备 (6)4.1 阴、阳离子交换膜层热压成型法 (6)4.2 阴、阳离子交换膜层粘合成型法 (7)4.3 一膜层在另一膜层上流延成型法 (7)4.4 这种制备方法的基本过程是在聚合物基膜两侧 (7)4.5 一膜层在另一膜层上电沉积成型法 (7)5 双极膜电渗析系统（BMED）模型 (7)6 双极膜电渗析的应用 (9)6.1 有机酸生产和回收 (9)6.2 金属离子的分离和富集 (9)6.3 双极膜电萃和反电萃 (10)6.4 酸性废液的净化和回收 (11)6.5 碱性废液的净化和回收 (11)6.6 含氟废液处理及有价氟的回收 (12)6.7 双极膜在食品工业中的应用 (12)6.8 其他领域的应用 (13)7 结语 (14)0 引言近二十年来，电渗析法在水的脱盐淡化、制盐等领域中的应用领域都已很成熟，且市场容量接近饱和。
目前，国内外已经把研究和开发的重点转移到水解离技术和水压渗透技术上，水解离技术已经成为目前市场上增长率最快的生长点，因此，以双极膜为基础的水解离技术已成为电渗析技术中研究和应用的重点。
1 双极膜的结构、运行机理及特点双极膜一般由因离子交换树脂层（AL）、阳离子交换树脂层（CL）和中间催化层组成，如图1所示。
双极膜电渗析理论与应用的研究进展2
维普资讯 化工进展2004 年第 23 卷第 10 期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS • 1107 •双极膜电渗析理论与应用的研究进展唐宇王晓琳龚燕余立新(清华大学化学工程系，北京100084)摘要从理论和应用研究两方面较为全面地综述了双极膜电渗析技术在近些年的发展，阐述了双极膜中水解离、水迁移、离子迁移以及双极膜电渗析过程等理论研究新进展，介绍了它在有机酸的回收制备、环境保护和食品医药工业及其他领域中的新应用，并展望了其在工业生产和曰常生活中的应用前景。
关键词双极膜，电渗析，水解离，水迁移中图分类号TQ028.8 文献标识码A双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层(N型膜）、界面亲水层(催化层)和阴离子交换层(P型膜)复合而成，是真正意义上的反应膜。
在直流电场作用下，双极膜可将水离解，在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子[1]。
利用这一特点，将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱，这种方法称为双极膜电渗析法。
双极膜电渗析法不仅用于制备酸和碱，若将其与单极膜巧妙地组合起来，能实现多种功能并可用于多个领域[2]。
有关双极膜的研究报道自20世纪50年代中期就出现了，其发展过程可划分为三个阶段：第一阶段20世纪50年代中期至80年代初期，这是双极膜发展十分缓慢的时期，双极膜仅是由两片阴阳离子交换膜直接压制，性能很差，水分解电压比理论压降高几十倍，应用研究还处在以水解离为基础的实验室阶段；第二阶段从20世纪80年代初至90 年代初，由于双极膜制备技术的改进，成功地研制了单片型双极膜，其性能大大提高，已经在制酸碱和脱硫技术中得到了成功应用，这一阶段出现了商品双极膜。
从20世纪90年代初至今，是双极膜迅速发展的时期，随着对双极膜工作过程机理的深入研究，从膜结构、膜材料和制备过程上进行了重大改进，使双极膜的性能有了较大提高，其中主要是对阴膜和阳膜接触界面的改进，从最初简单的“压层型”或“涂层型”结构到20世纪80年代初开始出现的“单片型”结构，随后又出现带有中间“催化层”的复杂结构，大大降低了膜电压[3]。
盐湖提锂新工艺梳理：电化学脱嵌、双极膜电渗析
正文目录工艺发展日新月异，研发进展有条不紊1电化学脱嵌法：中南锂业2改良后的吸附工艺：久吾高科3双极膜电渗析法工艺发展日新月异，研发进展有条不紊1 电化学脱嵌法：中南锂业该工艺由中南锂业研发并逐步实现产业化，工艺路线是“电化学脱嵌+蒸发浓缩”，首先，前端采用电化学的方法进行锂富集，利用锂离子电池中的 Li插层 /脱层原理，工作电极（通常采用磷酸铁锂）作为锂捕获材料先从盐水中捕获 Li +，再将其释放到溶液中回收。
其锂回收率能达到 95%以上，盐田处理一个月后的锂离子浓度可以达到 20g/L。
在电化学作用下可避免脱锂过程用酸洗脱材料，从而减少了材料溶损，增强了循环性能。
其后端采用的是膜浓缩工艺，同时加热强制蒸发。
图表电化学脱嵌法提锂原理一览该工艺对盐田依赖性低，卤水适应性强，不会造成资源浪费、环境污染。
但是该工艺对配套电力基础设施要求较高，不适合西藏高海拔以及南美电力资源缺乏的盐湖。
该工艺建设周期短，后期维护成本低，并且可以在现有工艺基础上加入前端电化学脱嵌工艺，投资额较小。
同时降低了 2-3 年的预晒时间，全流程成本约为1.5-2 万元/吨。
目前该工艺被多家青海盐湖企业与南美盐湖企业所接纳。
2 改良后的吸附工艺：久吾高科久吾高科研发的“高性能锂吸附耦合膜分离工艺”配套连续移动床锂吸附装置，可进行原卤提锂，突破钾盐产能限制，提高锂收率。
该工艺吸附剂成本低，可在 20℃下的常温环境下使用，无需加热卤水，且吸附周期较长，同时连续移动床技术可以充分利用吸附剂，占地面积较小。
该工艺采用铝系吸附剂和钛系吸附剂分别在青海多个盐湖与西藏多个盐湖进行中试，锂收率达到85%，吸附剂容量达到2mg/g ，单次容损率低于0.03%，图表 久吾高科吸附技术流程一览年容损率低于10%。
图表连续移动床锂吸附装置一览14.6亿元，吨产品成本约1.8万元。
图表久吾高科工艺在某智利盐湖项目分流程投资成本一览（百万元）3 双极膜电渗析法双极膜电渗析技术在在由含锂溶液制备氢氧化锂方面具有应用前景。
浅探电渗析技术的影响因素及相关应用研究
浅探电渗析技术的影响因素及相关应用研究作者：罗斐李立郭海新程松民来源：《科学与财富》2020年第23期摘要：随着科技发展，电渗析设备的制造水平提高，设备成本大大降低，电渗析技术固有的抗污染性，高化学性等优点，再加上双极膜电渗析技术、反渗透与电渗析相结合技术的发展，电渗析技术将会焕发新的活力及竞争力。
电渗析技术作为一种膜法水处理技术，由于其对分离组分的选择性高，原水回收率高，不污染环境等优点，正受到越来越多的关注，成为目前水处理的热点之一。
关键词：电渗析;离子;膜技术1电渗析的原理电渗析技术是在离子交换法的基础上发展起来的除盐方法，是膜分离技术的一种，它的工作原理相对于反渗透、纳滤、超滤、微滤来讲，推动力不是压力差，而是电位差。
它将阴、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间。
并用特制的隔板将其隔开，组成除盐（淡化）和浓缩两个系统，在直流电场作用下，利用离子交换膜的选择透过性（其实质是反扩散），一部分水淡化，一部分水浓缩，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
与其它膜分离技术相比，电渗析只需要稍微做预处理，并且不受压力的影响，即可以得到高质量的水，另外的一个优势是不需要能量的转换，电能可以直接利用，即使在能量的输入发生直接变化时，也可以直接利用。
2;;;; 电渗析的影响因素从电渗析的原理可以看出，电渗析需要在直流电场的作用下，以此作为动力，使溶液通过离子交换膜，进行淡化处理，以达到脱盐的目的。
以此看出，电压、电流是影响电渗析的重要因素，同时，流量与溶液的初始浓度也是影响淡化效率的重要因素。
2.1; 电流电能是电渗析过程中最主要的传质推动力。
因此，电流的大小直接决定着脱盐过程的速率。
浓差极化是电渗析过程中一个极为重要的概念。
极化是在电渗析过程中，物料在脱盐室、浓缩室流动时，离子交换膜与水之间存在一个滞留层，在直流电场作用下，溶质发生定向迁移，在工作电流增加到一定程度时，主体溶液中的离子不能迅速补充到膜的表面，此时膜表面的离子浓度趋于零，引起滞留层中大量水分子电离，并生成H+和OH—离子来负载电荷，此现象称为极化。
电解电渗析法制备硅溶胶
电解电渗析法制备硅溶胶
电解电渗析法是一种制备硅溶胶的方法。
具体步骤如下：
1.准备硅酸钠（Na2SiO3）和硫酸铵（（NH4）2SO4）溶液。
2.将Na2SiO3和（NH4）2SO4溶液混合，控制pH值在4-5之间。
3.将混合溶液放在电渗析装置中，通过电解，将Na+离子定向转移到阴极端，将SiO3-离子定向转移到阳极端。
4.在阳极端的SiO3-离子被水分子加水解生成硅酸，而在阴极端的Na+离子则与（NH4）2SO4反应生成硫酸铵。
5.硅酸形成的胶体颗粒随电场移动到阴极端，被收集并用蒸发法得到硅溶胶。
以上就是电解电渗析法制备硅溶胶的主要步骤。
硅溶胶的制备
硅溶胶的制备杨小国【摘要】本文主要采用收集氢气的方法研究单质硅水解法制备硅溶胶的反应规律。
研究发现,硅溶胶最佳制备条件为：反应温度为85℃,体系的pH约为11【期刊名称】《科技风》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】1页(P69-69)【关键词】硅溶胶;水解【作者】杨小国【作者单位】浙江新安化工集团股份有限公司,浙江杭州311606【正文语种】中文硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分撒液。
是一种泛蓝白色乳光的胶体溶液，硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基分子式可表示为SiO2·nH2O。
它是高分子二氧化硅微粒分散于水中或有机溶剂中的胶体溶液。
硅溶胶由于其良好的成膜性、耐高温性、大比表面积、凝胶性、无味无毒，可应用于各行各业，从硅溶胶的性质出发可发现以下特点:1）当硅溶胶中水份蒸发时，粒子间形成硅氧结合，胶体粒子牢固地附着在物体表面，自身可牢固地附着在固体表面并形成坚固的膜，附着在固体表面的二氧化硅粒子可增大摩擦系数并且成膜温度很低。
2）通过干燥或烧结可形成固态凝胶，因而具有一定的耐久性。
3）用作矽钢片处理剂、显像管分散剂、地板蜡抗滑等。
4）用于涂料工业，能使涂料牢固，又能抗污防尘、耐老化、防火等功能。
5）改善羊毛的可纺性，减少断头，提高成品率，用于经纱上浆液中，可提高浆料的粘着力。
1）渗析法。
电解电渗析法来制备硅溶胶是一种电化学方法。
电解电渗析法制备硅溶胶的工艺流程为:电解电渗析槽的安置及所用电极的制备；电解质原料的添加；通电进行电解电渗析过程；制得硅溶胶成品。
2）硅溶解法。
硅溶解法制备硅溶胶是采用无机或有机碱作催化剂，用金属硅粉与纯水反应。
3）离子交换法。
离子交换法又称粒子增长法，以水玻璃为原料，经过离子交换，晶种制备和粒子生长再通过浓缩除去多余的水分，最后通过纯化工艺得到成品。
4）酸中和可溶性硅酸盐法。
根据酸用量的不同，用酸中和硅酸钠水溶液，可制备酸性和碱性硅溶胶。