氯碱工业与电解中的离子交换膜
复习与练习例谈电化学中的“离子交换膜”问题
复习与练习例谈电化学中的“离子交换膜”问题作者：刘成宝来源：《中学化学》2015年第04期“离子交换膜”是一种含离子基团、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜，有广泛应用。
一、化学电源中的离子交换膜图1例1某新型电池，以NaBH4（B的化合价为+3价）和H2O2作原料，该电池可用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图1所示。
下列说法正确的是（）。
A.电池工作时Na+从b极区移向a极区B.每消耗3 mol H2O2，转移3 mol e-C.b极上的电极反应式为：H2O2+2e-+2H+2H2OD.a极上的电极反应式为：BH-4+8OH--8e-BO-2+6H2O解析钠离子交换膜只允许Na+通过，Na+的移动情况要结合电极反应式进行判断。
该电池的总反应方程式为NaBH4+4H2O2NaBO2+6H2O，a电极（负极）反应式为BH-4+8OH--8e-BO-2+6H2O，b电极（正极）反应式为4H2O2+8e-8OH-。
因此a极区负电荷减少，b极区负电荷增多，Na+从a极区移向b极区。
图2例2如图2装置Ⅰ是一种可充电电池，装置Ⅱ为电解池。
装置Ⅰ的离子交换膜只允许Na+通过，已知电池放电的化学方程式为：2Na2S2+NaBr3Na2S4+3NaBr，当闭合开关K时，X电极附近溶液变红。
下列说法正确的是（）。
A.闭合开关K时，钠离子从右到左通过离子交换膜B.闭合开关K时，负极反应式为：3NaBr-2e-NaBr3+2Na+C.闭合开关K时，X电极反应式为：2Cl--2e-Cl2↑D.闭合开关K时，当有0.1 mol Na+通过离子交换膜时，X电极上放出标准状况下气体1.12 L解析X电极附近溶液变红，说明X极区产生OH-，因此X为阴极，装置Ⅰ的左端为负极。
由该电池的反应方程式可知，负极反应式为2Na2S2-2e-Na2S4+2Na+，正极反应式为NaBr3+2e-+2Na+3NaBr，则Na+从左通过离子交换膜移向右侧。
离子交换膜法氯碱工业原理
离子交换膜法氯碱工业原理离子交换膜法是一种常用于氯碱工业中的重要工艺，主要用于制备氯气、氢气和氢氧化钠。
该工艺基于离子交换膜的特性，通过离子交换作用将电解质溶液中的离子分离出来，实现氯碱分离和纯化。
离子交换膜法氯碱工业的原理可以分为电解池、离子交换膜和离子交换作用三个方面来阐述。
1. 电解池离子交换膜法氯碱工业通常采用的是膜电解池，电解池内分为阳极和阴极两部分。
阳极通常由钛或钛合金制成，阴极则由钢制成。
阳极和阴极之间通过离子交换膜分隔开来，形成两个独立的电解室。
电解池内的电解质溶液通常是氯化钠溶液，其浓度在氯碱工业中扮演着重要的角色。
2. 离子交换膜离子交换膜是离子交换膜法的核心部分，它具有良好的离子选择性和离子传递性能。
离子交换膜的主要作用是将阳离子和阴离子分离开来，使得氯离子通过阳极膜进入阳极室，而钠离子则通过阴极膜进入阴极室。
离子交换膜通常由聚合物材料制成，具有较高的耐酸碱性和耐高温性。
3. 离子交换作用离子交换膜法氯碱工业的核心原理就是离子交换作用。
在电解过程中，阳离子和阴离子通过离子交换膜的作用被分离开来。
阳离子通过阳极膜进入阳极室，而阴离子通过阴极膜进入阴极室。
在阳极室中，氯离子发生氧化反应，生成氯气；而在阴极室中，水分子发生还原反应，生成氢气和氢氧化钠。
通过这种离子交换作用，实现了氯碱的分离和纯化。
离子交换膜法氯碱工业的优点在于能够高效地产生氯气、氢气和氢氧化钠，且产品纯度较高。
此外，该工艺还具有能耗低、生产成本较低、环境友好等优势。
但是离子交换膜的成本较高，且在使用过程中需要定期维护和更换，增加了工艺的复杂性和成本。
离子交换膜法氯碱工业是一种常用的制备氯气、氢气和氢氧化钠的工艺。
该工艺通过离子交换膜将阳离子和阴离子分离开来，实现氯碱的分离和纯化。
离子交换膜法具有高效、环保、低能耗等优点，但也存在成本较高和维护复杂的问题。
随着科技的不断进步，离子交换膜法氯碱工业将继续得到改进和发展，以满足人们对氯碱产品的需求。
氯碱工业离子膜和电槽的进展
氯碱工业离子膜和电槽的进展氯碱工业离子膜和电槽的进展氯碱工业离子膜法已被公认为是一种带有方向性的氯碱生产新工艺，其特点是节能、优质、基本无污染，生产成本及投资均较低廉。
离子膜法技术的进展是离子膜从磺酸膜到羧酸膜及羧酸－磺酸复合膜，电槽从单极式到复极式，极间距进展到小极距或“零”极距。
1．离子交换膜的进展离子交换膜是氯碱工业膜法制碱的核心，目前应用于食盐水溶液电解的阳离子交换膜，根据其离子交换基团的不同，可分为全氟磺酸膜和全氟羧酸膜和全氟羧酸－磺酸复合膜。
美国杜邦（Dupont）公司于1938年起开始研制氟化学品，首先三制成功聚四氟乙烯，1960年研制成功耐氯碱的全氟磺酰氟（XR）树脂，并首次应于于燃料电池，之后又研制了Nafion系列膜，1975年Nafion－315膜被日本旭化成公司成功地用于延冈工厂生产烧碱，第一次实现了工业化离子膜法的氯碱生产。
Nafion－100、300、400系列适合生产低浓度烧碱，Nafion －300系列是一种增强复合离子膜，为了获得高电压率率，其阴极侧采用低吸水层，为了获得低电压，其阳极侧采用高吸水层，这种膜在生产稀碱时电耗较低；Nafion－400系列是一种物理耐久性较好的增强离子膜；Nafion－900系列在保持性能稳定而长期生产高浓度烧碱方面，兼有高电流效率和低电压的特点，Nafion－901膜可用来直接生产浓度为32％的碱液，电流效率接近96％；国际上认为Nafion－90209及Nafion－961运转效益尚好，新问世的NX－966膜，其机械性能比N－90209提高近一半，寿命较长且更安全，碱浓度为30％～35％时，NX－966的槽电压下降了150mV。
1976年日本旭化成公司用全氟羧酸膜取代了杜邦公司的全氟磺酸膜，接着又开发了羧酸－磺酸复合膜。
全氟羧酸膜具有很强的阻止OH透过的性能，在较广泛的烧碱浓度范围内（20％～40％）都可以超过90％的电流效率，并且碱浓度为20％～30％内有较低的槽电压，因而可以显著地节省电耗，然而全氟羧酸膜在酸性条件下会成为非异体。
高中化学(大纲版)第三册 第四单元 电解原理及其应用 第二节氯碱工业(第二课时)
高中化学（大纲版）第三册第四单元电解原理及其应用第二节氯碱工业(第二课时)［引言］上节课我们学习了电解饱和食盐水的反应原理，知道其可以得到三种重要的化工原料——氢气、氯气和烧碱。
由于这几种产物混合时易发生化学反应，故需使电解反应在特殊的电解槽(即离子交换膜电解槽)中进行。
但进入电解槽阳极室的饱和食盐水必须是精制的，为什么要精制？粗盐水又应该如何精制？下面我们就来探讨这个问题。
［板书］第二节氯碱工业(第二课时)二、离子交换膜法制烧碱2.食盐水的精制［讲解］由上一节所学知识我们知道，离子交换膜的特点是只允许指定离子通过。
而粗等杂质，它们的存在会使制得的NaOH纯度盐水中常含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO-24降低，同时会使离子交换膜受到损坏，故在电解前，必须对饱和食盐水进行精制。
等杂质，怎样用BaCl2、［投影］已知粗盐水中常含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO-24Na2CO3、NaOH、盐酸等试剂将其除去？［师］请大家分组讨论，设计除杂方案。
［学生讨论，并设计除杂方案，教师选择有代表性的方案，用来展示和讲解］［教师评讲后总结］对于有关除杂问题的解答，首先应注意：在除去已有杂质的同时，不能带进新的杂质。
因此，在解答此种类型的题目时，一定要“瞻前顾后”，即注意思维的严密性。
其次，对于所提供的试剂，一定要弄清楚使用它的目的。
例如，在本题中，BaCl2的，而Na2CO3定然是用来沉淀Ca2＋的，NaOH可使Mg2＋、Fe3＋等以显然是用来清除SO-24沉淀的形式析出来，盐酸是用来调节溶液的pH的。
在此基础上，再对所加试剂进行合理排序，即可达到实验目的。
［依据以上思路，教师和学生一块设计出以下除杂方案］［板书］［想一想］1.为什么精制盐水时，要使所加BaCl2、NaOH、Na2CO3过量？［议一议］2.若把所加NaOH和Na2CO3的顺序调换一下，对精制结果是否会有影响？［学生思考，讨论后回答］沉淀完全，加NaOH、Na2CO3过量，是为答案：1.加BaCl2过量，可使溶液中的SO-24了使溶液中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋和过量的Ba2＋沉淀完全。
阅读材料：氯碱工业发展史
氯碱工业发展史氯碱工业是基本无机化工之一。
主要产品是氯气和烧碱（氢氧化钠），在国民经济和国防建设中占有重要地位。
随着纺织、造纸、冶金、有机、无机化学工业的发展，特别是石油化工的兴起，氯碱工业发展迅速。
氯碱工业的形成18世纪，瑞典人K．W．舍勒用二氧化锰和盐酸共热制取氯气：这种方法称化学法。
将氯气通入石灰乳中，可制得固体产物漂白粉，这对当时的纺织工业的漂白工艺是一个重大贡献。
随着人造纤维、造纸工业的发展，氯的需要量大增，纺织和造纸工业，成为当时消耗氯的两大用户。
用化学方法制氯的生产工艺持续了一百多年。
但它有很大缺点，从上述化学反应式，可见其中盐酸只有部分转变为氯，很不经济；且腐蚀严重，生产困难。
烧碱最初也用化学法（也称苛化法，即石灰-苏打法）生产：Na2CO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaCO3↓电解食盐水溶液同时制取氯和烧碱的方法（称电解法），在19世纪初已经提出，但直到19世纪末，大功率直流发电机研制成功，才使该法得以工业化。
第一个制氧的工厂于1890年在德国建成，1893年在美国纽约建成第一个电解食盐水制取氯和氢氧化钠的工厂。
第一次世界大战前后，随着化学工业的发展，氯不仅用于漂白、杀菌，还用于生产各种有机、无机化学品以及军事化学品等。
20世纪40年代以后，石油化工兴起，氯气需要量激增，以电解食盐水溶液为基础的氯碱工业开始形成并迅速发展。
50年代后，苛化法只在电源不足之处生产烧碱。
电解法的发展氯碱生产用电量大，降低能耗始终是电解法的核心问题。
因此，提高电流效率，降低槽电压和提高大功率整流器效率，降低碱液蒸发能耗，以及防止环境污染等，一直是氯碱工业的努力方向。
初期为了连续有效地将电解槽中的阴、阳极产物隔开，1890年德国使用了水泥微孔隔膜来隔开阳极、阴极产物，这种方法称隔膜电解法。
以后，改用石棉滤过性隔膜，以减少阴极室氢氧离子向阳极室的扩散。
这不仅适用于连续生产，而且可以在高电流效率下，制取较高浓度的碱液。
离子交换膜技术在氯碱行业的应用与发展
离子交换膜技术在氯碱行业的应用与发展摘要:氯碱工业是基本化工原料工业, 在国民经济中占有重要的地位, 其主要产品烧碱( NaOH) 、氯气和氢气广泛应用于国民经济各个部门。
我国从 20 世纪 80 年代中期引进离子膜法制碱技术, 并于 90 年代初由北京化工机械厂开始研制开发了具有专利技术的国产化离子膜电解槽, 填补了国内空白.到目前为止国产化离子膜电解槽在国内的装备能力已超过 100 万t/ a，但离子膜国产化一直处于研制试制阶段, 离子膜还依赖进口.离子膜烧碱以其节能、无污染、产品纯度高越来越得到广大用户的认可, 仅短短的 30 多年, 离子膜烧碱从无到有, 并有逐步取代其它方法制碱的趋势.关键词:离子膜电解槽 ;离子交换膜;复合膜;全氟羧酸 ;全氟磺酸1.离子交换膜法制碱的电解原理1.1电解原理如图 1 所示.离子交换膜为阳离子选择透过性膜, 现氯碱工业使用的均为氟纤维增强的全氟磺酸、全氟羧酸复合膜.复合膜主要由磺酸层、羧酸层和增强网布组成.1 .2 磺酸层的特点磺酸层的亲水性较好含水率较大, 远高于羧酸层.膜含水率高, 相应交换能量就大, 也就是导电性较好, 因磺酸层具有的特点, 所以在电解中靠近阳极侧.1 .3羧酸层的特点羧酸层与磺酸层相比亲水性差, 导电性能相应也差, 电阻较高, 但羧酸层选择性较好, 对OH -的排斥性能优异.因而, 羧酸层在电解中起阻挡作用靠近阴极侧, 阻挡OH -向阳极液渗透, 具有很高的阳离子选择渗透性 .在电解中电流效率的高低取决于该层, 由于羧酸层电阻高, 所以在复合膜的制造中要尽量减薄此层.2.离子膜的选择透过性在电解过程中NaCl 水溶液中的Na+离子在电场力的作用下向阴极迁移, 这时遇到阳膜, 于是首先与阳膜上的阳离子交换后, 然后迁移通过膜到阴极室.同时阳膜上固定负电荷, 将 Cl-和 OH -阴离子挡在阳极室, 这就是阳离子膜的选择透过性, 如图 2 所示.1.离子交换膜法制烧碱的优点离子交换膜法制烧碱与隔膜法制碱和汞法制碱相比具有直流电耗低、电流效率高、蒸汽消耗量小的特点, 3 种电解方法总能耗的比较见表碱液浓度 w/ 平均电流效率/传统的汞法、隔膜法始终解决不了铅、汞、石棉的污染, 而离子膜法制碱解决了污染问题, 整个离子膜电解装置实现了DCS 自动控制, 全系统密封无泄漏, 并设置电流、电压、压差、液体压力、气体压力等联锁, 保证了装置稳定、安全的运转.离子膜法采用的离子交换膜具有稳定的化学性能, 几乎无污染和毒害, 避免了其它方法有铅、汞、石棉的污染.阳极盐水系统循环使用, 氯气制成液氯或盐酸, 少量尾气经处理制成次氯产品出售, 整个系统的废气、废水量很少, 且很易达到排放标准.由于离子交换膜的特点, 保证产品质量的纯度,NaOH 中含盐 40 mg/ L 以下, 氯气纯度 99 以上, 氢气纯度 99.9 以上, 这些产品适用于精细化工和对产品品质要求高的行业.1.离子交换膜易出现的损伤分析离子交换膜是离子膜法制碱技术的关键, 国内正常使用膜的寿命可达2.5 ～ 3 年, 国外有使用膜的寿命达 4 ～ 5 年的纪录, 离子膜寿命终止的判定标准是膜的电流效率不低于 92 , 国内有的厂家膜的电流效率低于 92 仍在继续使用.这就要算综合帐, 膜的电流效率低, 吨碱的能耗增加, 增加的费用和更换膜的费用进行比较, 从而决定更换离子膜的最佳时间 .离子膜电解是一个系统工程, 哪一环存在问题都会直接或间接地对离子膜产生影响, 在日常使用中膜一般易出现以下损伤.膜上出现针孔离子膜出现针孔的原因有以下几个方面:1.阴、阳极表面由于加工精度不够出现毛刺, 对膜产生机械损伤, 产生针孔;2.阴、阳极流量和氯气、氢气压差不稳, 使膜在阴阳极之间振动, 对膜造成磨损, 产生针孔;1.膜本身制造时存在缺陷;2.阳极液pH 值低于 2 时离子膜阴极侧的羧酸层会质子化失去导电性能, 羧酸层质子化最终出现针孔.膜上起泡[如果阳极液浓度低于 170 g/ L, 那么随着Na +离子透过膜的水量将会迅速加大, 而靠近阳极的磺酸层比靠近阴极的羧酸层的亲水性强, 也就是磺酸层比羧酸层对水迁移的承载能力强, 这样多余的水就会滞留在羧酸层和磺酸层之间, 造成膜起泡, 长期在此状态下, 会造成整个膜的层间分离, 导致膜的性能下降.1.膜上出现皱纹、发黑、变质1.经常开停车, 温度变化不稳, 使膜经常处于膨胀和收缩状态, 造成物理松弛, 尤其槽温超过 90℃时气体产生量急剧加大, 膜会过度膨胀, 而使膜产生皱纹.1.1.离子膜发黄、发黑变质主要是由于电解液循环不充分, 在局部出现断流, 形成气室, 膜出现干膜现象, 导致膜发生化学变化所致.5.离子膜的技术改进和发展前景[5.1离子膜的技术改进随着氯碱工业的发展, 离子交换膜也在不断地改进.杜邦、旭化成、旭硝子3 家公司都在不断的开发新品种、新型号的离子膜, 各家在做如下的工作:1.1.1.进一步降低膜电阻, 从而降低槽电压.2.在电解恶劣的条件下, 保持离子膜的化学和物理稳定性.3.提高离子膜抗压和抗气液的冲击能力, 提高机械强度的同时保证膜的柔韧性, 以防止离子膜产生皱纹和破裂.1.1.1.改善磺酸层和羧酸层的结构及厚度, 提高电流效率.2.改善离子膜对各种杂质的敏感性, 提高抗杂质污染的能力.1.1.1.进一步延长膜的使用寿命.以适应当前低电耗、高电流密度、高浓度碱的要求, 不断降低膜的成本, 让利于用户是当前离子膜的发展方向.结束语我国从 20 世纪 70 年代中期就着手全氟磺酸树脂, 全氟羧酸树脂和膜技术的研究、开发, 到目前为止, 已研制成100 mm ×100 mm 及260 mm × 1 100 mm的全氟磺酸、羧酸增强复合膜, 但还处于中试阶段, 工业化还有相当的差距.离子膜烧碱总量已近 280 万 t/ a, 进口膜按 700 美元/ m2, 膜的寿命按2.5 年计算, 仅进口膜需外汇 2 110 万美元, 每年购膜外汇额度将增到 3 010 万美元左右, 这是相当可观的数字, 因此, 实现离子膜国产化, 在世界的氯碱行业占有一席之地, 是十分迫切和必要的事.参考文献：[1]李凭力,王世昌.海水淡化技术现状及各种淡化方法评述[J].化工进展,2015,22(10).[2]井文涌,刘文龙.正渗透技术在海水淡化中的应用[J].现代化工学出版社,2016:14.[3]高艳玲,吕炳南,赵立军.海水淡化技术评述与成本分析[J].工程与技术,2015(2):28。
高中化学(4)最基础考点系列考点11 氯碱工业 含解析
【考点定位】本考点考查氯碱工业原理的理解与应用，巩固对电解规律的理解，提升电池原理的应用能力。
【精确解读】一、氯碱工业电解饱和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。
二、氯碱生产工艺:1．电解法简介：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;2．电解饱和食盐水反应原理:2NaCl+2H2O电解¯H2↑+Cl2↑+2NaOH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．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，使湿润的淀粉碘化钾溶液变蓝．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．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，阳极反应:2Cl—-2e-=Cl2↑（氧化反应)；阴极反应：2H++2e—=H2↑(还原反应);工业上利用这一反应原理,制取烧碱、氯气和氢气.3．电解设备--离子交换膜电解槽(1）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．电解槽的阳极用金属钛制成；阴极由碳钢网制成;(2）阳离子交换膜的作用：①把电解槽隔为阴极室和阳极室;②只允许Na+通过，而Cl—、OH-和气体则不能通过．这样，既能防止生成的H2和Cl2相混合而发生爆炸，又能避免C12进入阴极区与NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量.二、氯碱工业应用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；(1）2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O（2）H2O+Cl2=HCl+HClO（3）H2+Cl2=2HCl（4）2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O（5)NaOH+CO2=NaHCO3因此主要产品有：①32％氢氧化钠；②50％氢氧化钠;③固体氢氧化钠(片碱）；④高纯盐酸；⑤工业盐酸；⑥次氯酸钠；⑦氯气、液氯（液态氯气)；⑧PVC(聚氯乙烯树脂，氯碱工业一般都伴随PVC树脂）；⑨氢气等。
离子膜烧碱生产工艺浅析
离子膜烧碱生产工艺浅析离子膜法生产烧碱是目前世界上最先进的制碱技术，国内许多氯碱企业虽然也发现了成套引进的生产工艺存在某些工艺设计不合理、原材料及能源浪费等问题，但由于氯碱生产属于高危生产行业，且离子膜烧碱生产系统自动化程度高、联锁点多、技术复杂，一旦出现失误极易造成严重的安全环保事故和巨大的经济损失等原因，一直没有研究开发出有效的解决办法，致使我国的离子膜烧碱生产工艺一直无大的改进或实质性进展。
本文分析了离子膜烧碱生产工艺。
标签：离子膜；能耗；烧碱；生产工艺离子膜电解法又称膜电槽电解法，是利用阳离子交换膜将单元电解槽分隔为阳极室和阴极室，使电解产品分开的方法。
离子膜电解法是在离子交换树脂（见离子交换剂）的基础上发展起来的一项新技术。
利用离子交换膜对阴阳离子具有选择透过的特性，容许带一种电荷的离子通过而限制相反电荷的离子通过，以达到浓缩、脱盐、净化、提纯以及电化合成的目的。
这项技术已经用于氯碱的生产，海水和苦咸水的淡化，工业用水和超纯水的制备，酶、维生素与氨基酸等药品的精制，电镀废液的回收，放射性废水的处理等方面，其中应用最广泛、成效最显著的是氯碱工业。
在氯碱工业中，利用阳离子交换膜电解槽电解食盐或氯化钾水溶液来制造氯气、氢气和高纯度的烧碱（氢氧化钠）或氢氧化钾。
1 离子膜烧碱生产工艺1.1 配水在电解的工序中，需要脱离掉淡盐水中多余的硫酸根。
被输送到一次盐水工序的淡盐水包含两个部分：第一部分便是流经自动控制的装置调节出的盐水；第二部分是存储在储槽中的上清液（已经沉淀处理）。
从其它的工序中回收出来的水，调节所用的水和盐泥中排滤出的滤液，经过一定比例的调和就形成了化盐水。
1.2 化盐和盐水的精制把化盐水的温度调到适合，在盐池的底部经过逆流的方式接触到原盐，在逆流的水流中添加氢氧化钠溶液同液体中的镁离子发生化学反应，产生沉淀氢氧化镁而被分离出去，有机质也被逐步的分解为较小的分子。
经过混合器加压后的粗盐水，会进入预处理器中。
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右图是全氟离子膜的示意图，可
将其分为三个区域：憎水的碳氟主链 区（A处），由水分子、固定离子、相 对离子及部分碳氟高聚物侧链构成的 “离子簇区”（C区），以及之间的过 渡区域（B区）。全氟离子膜内给离子 簇间形成的网络结构是膜内离子和水 分子迁移过程的唯一通道（如下图）。 由于离子簇的周壁带着负电荷的固定 离子，而各离子簇之间通道既短又窄， 因而对于带负电荷的且水化半径较大 的OH-的阻力远大于Na+，这也是离子 膜具有选择透过性的原理。显然
于pK值，此时离子交换膜中的离子交换基团才能离解。
离子膜的pK值不同，对工作介质的pH范围要求也不
同。例如，强酸性的磺酸离子膜，其离子交换基团离
解度较大，因此pK较小，较易满足pH>pK的条件，即
pH可在较大范围内变化，而膜的导电性能也好。而弱
酸性的羧酸膜，其离解度较小，pK值较大，所以膜外
允许的pH至变化范围较窄，一般只有pH>7时离子交
（2）弱酸性膜，如羧酸（RCOOH），易受pH的影响，适用 于碱性介质中使用（如氯碱工业）
2、阴离子交换膜 带碱性的离子交换基团的离子交换膜，按 解离度的大小，又可分为：
（1）强碱性膜，如季铵型膜，离解度高，广泛适用
（2）弱碱性膜，如仲铵型膜，离解度较低，受pH影响，适用 于酸性介质
离子交换膜的性能
氯碱工业与电解中的离子交换膜
演讲: 课题组成员:林悦炜 张桐
潘金龙 苏宇
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2
工业上制烧碱和氯气的主要原理
传统的氯碱工业生产方法
1、隔膜法（又叫石墨阳极法）
能耗大，寿命短
使用历史久，目前仍在广泛使用。能耗大，阳极石墨损耗快，一般只能使用6-8
个月，并且阳极产生的石墨碎屑严重影响石棉隔膜的使用寿命，石棉隔膜寿命只
下面，从以下几方面浅谈离子交换膜： 1、离子交换膜的结构 2、离子交换膜的分类 3、离子交换膜的性能
离子交换膜
离子交换膜的结构
离子交换膜的化学结构一般表示为： 高分子母体（基膜） 固定离子 活性离子交换基团 可解离离子（相对离子或反离子）
例如：对于R-SO3H 基膜
R-SO3-H
固定离子 可解离离子
会导致副产品Cl2 中含氧量增加。 以上两法电解槽中产生的氯气、氢气含有大量的水分，不能直接使用，需要
经过冷却、干燥和洗涤，然后加压输送毒给！用！户。电解槽出来的烧碱含NaOH 只有
10℅—11℅，并含有大量食盐，还需要经过蒸发并将盐分从碱液中分离。
3、水银法
优点：生产的碱液浓度大，纯度高，可以直接利用。
本法生产所得碱液中食盐含量极微，因而能制得高 质量的烧碱。是一项值得推广的烧碱生产技术。
离子膜法的优点
总投资省 出槽NaOH浓度高，质量好 氯气纯度高含氢、氧量低 能耗低 污染少
为什么 这么完
美?
我有传说中 的离子交换
膜……
中间的隔开阴阳极的选择透过膜就是离子交换膜
离子交换膜
离子交换膜是一种具有离子选择透过性能的高分子功 能膜（或分离膜），也称为离子选择性透过膜。广泛应用 于工业电解，如氯碱工业、水电解、有机电合成，水处理、 电渗析以及化学电源等领域
换基团才离解，因此羧酸膜适宜于碱性溶液中使用。
故离子膜的pK值是决定其工作条件及导电率的重 要因素之一，而膜的pK值则取决于膜的组成和结构，
（2）离子交换膜的交换容量和当量质量
交换容量：1g干膜所含交换基团的毫克当量数
当量质量：等于交换容量的倒数，物理意义是具有1mg当量交换基团 的干膜质量。
离子膜的交换容量取决于离子膜的组成，结构，基膜的交换交联 度，制造工艺等。
有7-8个月。
2、金属阳极法
被誉六为十氯年碱代工发业展的起一产来大物的革纯技命度术。低，特，使点分用是离带对难有电金解属液氧的化分物解涂电层压的低金，属因阳此极，代显替著石降墨耗阳。极，
耐腐蚀性好，具有较高的催化活性。金属阳极的使用寿命长，可达十年、二十年，
甚至更长时间。与前法相比，可使隔膜的寿命延长一倍左右。但是，金属阳极法
当交换容量增大时，膜中交换基团密度大，膜的导电性增加；但 交换容量增加的同时，由于交换基团的亲水性，膜中含水率提高，使 膜中通道膨胀，OH-离子较易通过，即反渗增强，使膜的选择通过性降 低。因此交换容量对膜的性能有多方面影响，使用时应予以全面考虑。
离子交换膜的性能包括化学性能、机械物理性能和电化学性能 1、化学性能 （1）离子交换基团的pK值 它表示交换基团的离解度。若以SH表 示离子交换基团，则其离解平衡及离解平衡常数K为：
g
g
g
g
显然，pK值较小时，基团较易解离，膜的导电性较强。
由式子
g
可以看出，为发挥离子
交换基团的功能，离子膜工作时，膜外溶液的pH须大
C AB
全氟离子膜的离子簇结构示意图
这些通道的长短及宽窄，以及离子簇内 离子的多少及状态，都将影响离子膜传 递离子过程及膜的性能。
离子交换膜的分类
按膜体结构分类
1、非均相离子交换膜 由离子交换树脂粉末与起粘合作 用的高分子材料加工而成，具有不连续的结构，电化学性能差， 但机械性能尚可，最大优点是价廉
基膜是高分子母体，是膜状高聚物，大都由长链状高 分子部分与交联部分形成体型网状结构。但这样构成的基 膜还需要引入活性离子交换基团才能成为离子交换膜。这 些活性基团由等电荷的阳离子和阴离子组成，其中与基膜 相联结、不能解离的离子成为固定离子，而与之平衡的离 子则称相对离子。当膜置于电解质溶液中时，它将电离， 与同种电荷离子发生交换。
缺点：槽电压高，浪费能源，电解槽及汞的价格高，水银（即汞，易挥发，有
剧毒）对环境有严重的污染。
离子交换膜法
看上去不错
是氯碱工业生产的第三代工艺，也是目前氯碱工业 的先进技术。
离子交换膜法是用阳离子交换膜隔离了阳极和阴极棉隔离阳极和阴极，隔离效果差。
2、均相离子交换膜 离子交换树脂与成膜的高分子母体 为一相，因此离子交换基团分布均匀且连续，并具有良好的电化 学性能
按用途分类
1、电解用膜
2、电渗析用膜
3、扩散渗析膜
……
按交换基团分类
1、阳离子交换膜 带酸性的离子交换基团的离子交换膜，按 解离度的大小，又可分为：
（1）强酸性膜，如磺酸（R-SO3H），离解度高，常在盐水 分离中使用。