第七章离子交换膜和电渗析优秀课件
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电渗析法 .pptx
隔板：分浓、淡水隔板，交替放阴阳膜之间，使阴膜和阳膜之间保持一定间 隔，隔板平面水流，垂直隔板平面电流。隔板厚离0.9毫米。
极区：包括电极、极框和导水板。 电极：为连接电源所用 极框：放置电极和膜之间，膜帖到电极上去，起支撑作用。 压紧装置：是用来压紧电渗析器，使膜堆、电极等部件形成一个整体，不
致漏水。
在阴极上：
H2O —→H++OH2H++2e —→H2↑ Na+ + OH- ＝ NaOH
在阴极室由于H+离子的减少，放出氢气，极水呈碱性反应，当极水中台 有Ca2+、Mg2+和HCO32-等离子时，会生成CaCO3和Mg(OH)2等沉淀物，在 阴极上形成结垢。在极室中应注意及时排除电极反应产物，以保证电渗 析过程的正常安全运行。考虑到阴膜容易损坏，并为防止Cl-离子透过
1.离子交换膜及其作用机理 离子交换膜是电渗析器的重要组成部分，按其选择透过性能，主要分为
阳模和阴模，按其模体结构，可分为异相膜、均相膜、半均相膜3种。 异相膜的优点是机械强度好、价格低，缺点是膜电阻大、耐热差、透水
性大。均相膜则相反。
（1）选择透过率：离子交换膜的选择透过性实际上并不是那么理想的， 因为总是有少量的同号离子（即与膜上的固定活性基电荷符号相同的
推动力 浓度差 电位差 压力差 压力差
分离对象 离子、小分子
离子 大分子、微粒 离子、小分子
渗透：膜使溶剂（水）透过的现象称为渗透。 渗析：膜使溶质透过的现象称为渗析。
1.离子交换膜及其作用机理 2.电渗析原理机过程 3.电渗析器的构造与组装 4.电流效率与极限电流密度 5.极化与沉淀 6.电渗析器工艺设计与计算 7.电渗析技术的发展
极区：包括电极、极框和导水板。 电极：为连接电源所用 极框：放置电极和膜之间，膜帖到电极上去，起支撑作用。 压紧装置：是用来压紧电渗析器，使膜堆、电极等部件形成一个整体，不
致漏水。
在阴极上：
H2O —→H++OH2H++2e —→H2↑ Na+ + OH- ＝ NaOH
在阴极室由于H+离子的减少，放出氢气，极水呈碱性反应，当极水中台 有Ca2+、Mg2+和HCO32-等离子时，会生成CaCO3和Mg(OH)2等沉淀物，在 阴极上形成结垢。在极室中应注意及时排除电极反应产物，以保证电渗 析过程的正常安全运行。考虑到阴膜容易损坏，并为防止Cl-离子透过
1.离子交换膜及其作用机理 离子交换膜是电渗析器的重要组成部分，按其选择透过性能，主要分为
阳模和阴模，按其模体结构，可分为异相膜、均相膜、半均相膜3种。 异相膜的优点是机械强度好、价格低，缺点是膜电阻大、耐热差、透水
性大。均相膜则相反。
（1）选择透过率：离子交换膜的选择透过性实际上并不是那么理想的， 因为总是有少量的同号离子（即与膜上的固定活性基电荷符号相同的
推动力 浓度差 电位差 压力差 压力差
分离对象 离子、小分子
离子 大分子、微粒 离子、小分子
渗透：膜使溶剂（水）透过的现象称为渗透。 渗析：膜使溶质透过的现象称为渗析。
1.离子交换膜及其作用机理 2.电渗析原理机过程 3.电渗析器的构造与组装 4.电流效率与极限电流密度 5.极化与沉淀 6.电渗析器工艺设计与计算 7.电渗析技术的发展
离子交换与电渗析设备概述(31张)PPT
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四、树脂的再生
• 逆流的再生流动方式 • 并流的再生流动方式 • 混合的再生流动方式
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五、离子交换过程的设备与操作
• 操作方式
静态交换与动态交换
• 设备类型
P284
一般离子交换罐；反吸附离子交换罐；
混合床离子交换罐；
流动床离子交换设备；
固定床连续作业设备流程。
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• 电流 电渗析器所需电压为电极电位、膜电位 和克服各项电阻所需电压之和。
离子从淡化室向浓缩室的迁移量是 按化学当量，随电流的大小而定，电流 大，淡化室向浓缩室迁移的离子量就大。
为减少电耗，电渗析器均采用很多 膜对串联结构。通常有200～300膜对。
离子交换与电渗析设备概述(31张)PPT
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• 电极反应 • 膜电位 • 电阻 • 电流
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• 电极反应 指在阳极和阴极分别进行的氧化和还原 反应。
在阳极上：
H2O === H++OH4OH- - 4e === O2 + 2H2O 2Cl- - 2e === Cl2 H+ + Cl- === HCl
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第二节：电渗析与设备
一、渗析 二、电渗析 三、电渗析的传递过程 四、电渗析中的电化学过程 五、浓差极化 六、电渗析设备与操作
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渗析与电渗析PPT课件
由 室于内膜，的 同选 时择 主透 要过 发性 生， 三使个得 过邻 程近 ：膜 在表 外面 电淡 场室 的侧 作的 用边 下界 ，层 发中 生反 电离 渗子 析浓 过度 程减 ；小，在浓室侧的边界层中反离子浓度增大，尤其当电流大于极
限图电6-1流3密度为i频Lim繁后倒，极甚电至渗可析能装发置生流水程的图电渗析，这就是发生在电渗析过程中的浓度极化。
渗析膜为阴离子交换膜，其易透盐酸难透铁盐的特性是膜内空壁成正电场，加之H+比Fe2+水化半径小，扩散阻力小。 无隔板电渗析器研制的关键是设计一种新构件，这种构件要能取代离子交换膜和隔板。
电膜和非荷电膜，它可以是多孔的也可以 图6-4 螺旋卷式血液渗析器
无隔板电渗析器研制的关键是设计一种新构件，这种构件要能取代离子交换膜和隔板。 图6-4 螺旋卷式血液渗析器 膜的污染对膜性能的影响更为严重，往往是不可恢复的。
不同的物质这三种阻力在总阻力中所占 的百分比是不同的。Colton曾考察了血液透析 系统，得到的结果如图6-3所示，分子量较小 的尿素(60.8，尿酸168.1)来说，渗析膜的阻 力占总阻力的60%，对于分子量较大的VB12来 说都高达90%。这样如果改进操作状态，减少 两液膜的阻力，则有利于低分子物质的通过。
是均质的。评价膜的参数一般包括透过性 渗析器主要有板框式(Kill)、螺旋卷式(Koff)，和中空纤维式。
腹膜渗析的原理图如图6-18所示。 无隔板电渗析器研制的关键是设计一种新构件，这种构件要能取代离子交换膜和隔板。
(溶质和水的透过性)、机械强度、生物适应 (6-4)
表6-3 透析液的组成 电渗析过程的研究方向 同时具有离子交换膜和隔板的作用。
等分子量(500-20.000)的尿毒素脱除，如长期 流体的传质阻力集中于膜两侧的边界层中，渗析过程中膜两侧边界层浓度分布如图6-2。
限图电6-1流3密度为i频Lim繁后倒，极甚电至渗可析能装发置生流水程的图电渗析，这就是发生在电渗析过程中的浓度极化。
渗析膜为阴离子交换膜，其易透盐酸难透铁盐的特性是膜内空壁成正电场，加之H+比Fe2+水化半径小，扩散阻力小。 无隔板电渗析器研制的关键是设计一种新构件，这种构件要能取代离子交换膜和隔板。
电膜和非荷电膜，它可以是多孔的也可以 图6-4 螺旋卷式血液渗析器
无隔板电渗析器研制的关键是设计一种新构件，这种构件要能取代离子交换膜和隔板。 图6-4 螺旋卷式血液渗析器 膜的污染对膜性能的影响更为严重，往往是不可恢复的。
不同的物质这三种阻力在总阻力中所占 的百分比是不同的。Colton曾考察了血液透析 系统，得到的结果如图6-3所示，分子量较小 的尿素(60.8，尿酸168.1)来说，渗析膜的阻 力占总阻力的60%，对于分子量较大的VB12来 说都高达90%。这样如果改进操作状态，减少 两液膜的阻力，则有利于低分子物质的通过。
是均质的。评价膜的参数一般包括透过性 渗析器主要有板框式(Kill)、螺旋卷式(Koff)，和中空纤维式。
腹膜渗析的原理图如图6-18所示。 无隔板电渗析器研制的关键是设计一种新构件，这种构件要能取代离子交换膜和隔板。
(溶质和水的透过性)、机械强度、生物适应 (6-4)
表6-3 透析液的组成 电渗析过程的研究方向 同时具有离子交换膜和隔板的作用。
等分子量(500-20.000)的尿毒素脱除，如长期 流体的传质阻力集中于膜两侧的边界层中，渗析过程中膜两侧边界层浓度分布如图6-2。
第七章离子交换膜
? 海水、盐泉卤水制盐
电渗析浓缩海水蒸发结晶制备食盐，不受地理气候限制， 易于自动化和工业化
? 废水处理 ? 脱除有机物中的盐分
目前，电渗析在废水处理实践中应用最普遍的有：
⑴ 造纸工业废水处理，利用电渗析法处理造纸工业的亚硫酸纸 浆废液和洗浆废水及碱法造纸黑液，从中回收化学药品，已 得到工业应用。
第五节 电渗析器
一、电渗析器的主要结构 电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分组成 常用基本术语包括膜对、级、段等 膜对：由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓）
水室隔板交替排列成浓水室和淡水室，最小电渗析工 作单元 膜堆由一系列膜对组成，位于电渗析器的中部。 极区由托板、电极、极框和弹性垫板组成 压紧装置由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜堆组 成不漏水的电渗析器整体
的，哪些是非正常的？ ? 电渗析过程中离子交换膜起什么作用？阳膜和阴膜各带什么
电荷，它们有什么特点？ ? 电渗析过程发生的两个基本条件 ? 离子交换膜为什么具有选择透过性？它的主要性能有哪些？ ? 电渗析器的主要结构，膜对、膜堆以及段和级的含义，它有
哪些性能指标？ ? 双极膜的特点 ? 电渗析的应用主要是水的纯化和脱盐
按照离子交换膜的主体组分可分为均相膜和异相膜
均相膜中各成分以分子状态均匀分布，不存在相界面 异相膜是通过胶黏剂把粉状树脂制成片状膜，存在相界面
1.异相膜（压延和模压，溶液型胶黏剂，离子型交换树脂） 2.半均相膜（胶黏剂吸浸单体后聚合制备树脂，均匀分散） 3.均相膜（直接薄膜化，制备基膜后引入离子交换基团或者
能使离子透过的细孔
? 常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳离子交换 膜、阴离子交换膜 、特殊离子交换膜 三大类
? 阳膜含有酸性活性基团，解离出阳离子，使膜呈负电 性，选择性透过阳离子
电渗析浓缩海水蒸发结晶制备食盐，不受地理气候限制， 易于自动化和工业化
? 废水处理 ? 脱除有机物中的盐分
目前，电渗析在废水处理实践中应用最普遍的有：
⑴ 造纸工业废水处理，利用电渗析法处理造纸工业的亚硫酸纸 浆废液和洗浆废水及碱法造纸黑液，从中回收化学药品，已 得到工业应用。
第五节 电渗析器
一、电渗析器的主要结构 电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分组成 常用基本术语包括膜对、级、段等 膜对：由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓）
水室隔板交替排列成浓水室和淡水室，最小电渗析工 作单元 膜堆由一系列膜对组成，位于电渗析器的中部。 极区由托板、电极、极框和弹性垫板组成 压紧装置由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜堆组 成不漏水的电渗析器整体
的，哪些是非正常的？ ? 电渗析过程中离子交换膜起什么作用？阳膜和阴膜各带什么
电荷，它们有什么特点？ ? 电渗析过程发生的两个基本条件 ? 离子交换膜为什么具有选择透过性？它的主要性能有哪些？ ? 电渗析器的主要结构，膜对、膜堆以及段和级的含义，它有
哪些性能指标？ ? 双极膜的特点 ? 电渗析的应用主要是水的纯化和脱盐
按照离子交换膜的主体组分可分为均相膜和异相膜
均相膜中各成分以分子状态均匀分布，不存在相界面 异相膜是通过胶黏剂把粉状树脂制成片状膜，存在相界面
1.异相膜（压延和模压，溶液型胶黏剂，离子型交换树脂） 2.半均相膜（胶黏剂吸浸单体后聚合制备树脂，均匀分散） 3.均相膜（直接薄膜化，制备基膜后引入离子交换基团或者
能使离子透过的细孔
? 常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳离子交换 膜、阴离子交换膜 、特殊离子交换膜 三大类
? 阳膜含有酸性活性基团，解离出阳离子，使膜呈负电 性，选择性透过阳离子
离子交换膜与电渗析.
流程说明:在淡化室中通入含盐水,接上电源,溶液中带正电荷的阳离子,在电场的作用下,向阴极方向移动到阳膜,受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜,进入右侧的浓缩室。带负电荷的阴离子,向阳极方向移动到阴膜,受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜,进入左侧的浓缩室。淡化室盐水中的氯化钠被不断除去,得到淡水,氯化钠在浓缩室中浓集。
二、离子交换膜的选择透过性
离子交换膜对离子选择性透过机理和离子在膜中的迁移历程可以由膜的孔隙作用、静电作用和扩散作用加以说明。
1.孔隙作用离子交换膜具有贯穿膜体内部的弯曲孔隙,其孔径多为几十纳米至几百纳米,这些孔隙形成的通道可以使被选择吸附的离子从膜的一侧移动到另一侧。孔隙作用的强弱主要取决于孔隙度的大小与均匀程度。而且只有当被选择的离子的水合半径小于孔隙半径时,才有可能使离子透过膜。
J i(d = - D i ln (
dx
f d dx dC i
i + (7-3式中i f是离子i的活度系数,对于理想溶液i f = 1式(7-3扩散速率则转变为Fick第一定律的形式:
J i(d = 移传质当存在电位梯度时,离子在电场力的作用下发生迁移,由于正负离子带相反符号的电荷,其运动方向相
路上安装了第一台电渗析法苦咸水淡化装置。1981年我国在西沙永兴岛建成日产200吨饮用水的电渗析海水淡化装置。几十年来,在离子交换膜、隔板、电极等主要部件方面不断创新,电渗析装置不断向定型化、标准化方向发展。
第一节、电渗析基本原理
一、电渗析的工作原理
电渗析是在直流电场作用下,溶液中的带电离子选择性地通过离子交换膜的过程。主要用于溶液中电解质的分离。图7-1是电渗析工作原理示意图。
J i(c = C i V x (7-1
二、离子交换膜的选择透过性
离子交换膜对离子选择性透过机理和离子在膜中的迁移历程可以由膜的孔隙作用、静电作用和扩散作用加以说明。
1.孔隙作用离子交换膜具有贯穿膜体内部的弯曲孔隙,其孔径多为几十纳米至几百纳米,这些孔隙形成的通道可以使被选择吸附的离子从膜的一侧移动到另一侧。孔隙作用的强弱主要取决于孔隙度的大小与均匀程度。而且只有当被选择的离子的水合半径小于孔隙半径时,才有可能使离子透过膜。
J i(d = - D i ln (
dx
f d dx dC i
i + (7-3式中i f是离子i的活度系数,对于理想溶液i f = 1式(7-3扩散速率则转变为Fick第一定律的形式:
J i(d = 移传质当存在电位梯度时,离子在电场力的作用下发生迁移,由于正负离子带相反符号的电荷,其运动方向相
路上安装了第一台电渗析法苦咸水淡化装置。1981年我国在西沙永兴岛建成日产200吨饮用水的电渗析海水淡化装置。几十年来,在离子交换膜、隔板、电极等主要部件方面不断创新,电渗析装置不断向定型化、标准化方向发展。
第一节、电渗析基本原理
一、电渗析的工作原理
电渗析是在直流电场作用下,溶液中的带电离子选择性地通过离子交换膜的过程。主要用于溶液中电解质的分离。图7-1是电渗析工作原理示意图。
J i(c = C i V x (7-1
电渗析技术PPT课件
❖ 如果膜上的活性基团少，则其静电吸引力也随 之减少，对同电荷离子的排斥作用也减少，降 低了对阳离子的选择透过性；
❖ 如果膜外溶液浓度很大，则扩散双电层的厚度 会变薄，一部分带负电荷的离子靠近阳膜的机 会增大，并导致非选择性透过阳离子交换膜； 对阴离子交换膜的情况恰好相反。 由此可得电渗析的规律：
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4. 水的渗透 ❖ 水由淡化室透过膜向浓缩室中迁移。随着浓水
与淡水浓度差的增加，水的渗透量增大。 5. 水的电渗透 ❖ 离子在水中与水分子结合成为水合离子。 ❖ 由于离子的水合作用，在反离子迁移和同名离
子迁移过程中都携带一定数量的水分子同时迁 移。 ❖ 反离子迁移的同时从淡化室带出水，同名离子 迁移则相反。相比之下，反离子迁移从淡化室 带出的水量大于同名离子带出水量。
C 。在浓室中阴膜与水界面上的浓水含盐量为C1’， C1’﹥ C1。在膜的两侧出 现两个厚度为δ的扩散层。随着电流的增加，淡室中C和C’不断下降。
❖ 当C’＝0时，阴膜与水界面上的阴离子全部参加了电迁移，这时的电渗析过程处 于临界状态。如果继续增加电压，使操作电流超过极限电流时，迫使界面处的水 分子解离成H+和0H—参加电荷的传递，即产生了“极化”。
4
3.电渗析技术的发展特点
采用电渗析法进行海水深度除盐，制取含盐量约为 500mg/L的初级纯水。电渗析法和离子交换法联合应用， 制取高纯度水。 ❖ 电渗析谈化水站向自动化、电子计算机控制的无人操 作方向发展。 ❖ 为了降低海水淡化的能量消耗，研究高温电渗析和 中温电渗析。研究利用太阳能加热海水和太阳能发电。 此外，也利用风力发电机取得廉价电能。 ❖ 离子交换膜可称为电渗析器的心脏。研制各种性能的 离子交换膜就可以扩展电渗析的应用领域。
❖ 如果膜外溶液浓度很大，则扩散双电层的厚度 会变薄，一部分带负电荷的离子靠近阳膜的机 会增大，并导致非选择性透过阳离子交换膜； 对阴离子交换膜的情况恰好相反。 由此可得电渗析的规律：
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4. 水的渗透 ❖ 水由淡化室透过膜向浓缩室中迁移。随着浓水
与淡水浓度差的增加，水的渗透量增大。 5. 水的电渗透 ❖ 离子在水中与水分子结合成为水合离子。 ❖ 由于离子的水合作用，在反离子迁移和同名离
子迁移过程中都携带一定数量的水分子同时迁 移。 ❖ 反离子迁移的同时从淡化室带出水，同名离子 迁移则相反。相比之下，反离子迁移从淡化室 带出的水量大于同名离子带出水量。
C 。在浓室中阴膜与水界面上的浓水含盐量为C1’， C1’﹥ C1。在膜的两侧出 现两个厚度为δ的扩散层。随着电流的增加，淡室中C和C’不断下降。
❖ 当C’＝0时，阴膜与水界面上的阴离子全部参加了电迁移，这时的电渗析过程处 于临界状态。如果继续增加电压，使操作电流超过极限电流时，迫使界面处的水 分子解离成H+和0H—参加电荷的传递，即产生了“极化”。
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3.电渗析技术的发展特点
采用电渗析法进行海水深度除盐，制取含盐量约为 500mg/L的初级纯水。电渗析法和离子交换法联合应用， 制取高纯度水。 ❖ 电渗析谈化水站向自动化、电子计算机控制的无人操 作方向发展。 ❖ 为了降低海水淡化的能量消耗，研究高温电渗析和 中温电渗析。研究利用太阳能加热海水和太阳能发电。 此外，也利用风力发电机取得廉价电能。 ❖ 离子交换膜可称为电渗析器的心脏。研制各种性能的 离子交换膜就可以扩展电渗析的应用领域。
渗析和电渗析过程PPT课件
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6．2．2电渗析膜的性能参数 描述电渗析膜的具体性能参数主要有以下几种： 1.交换容量：电渗析膜的交换容量是指每克千膜所含活性基团的
毫克当量数，单位m e q／g，是电渗析膜的关健性质。 一般说来交换容量越高，选择性越好，导电能力也越强。 但是一般的活性基团都具有亲水性，所以如果活性基团含量过高，
• 图6—8为两种人工肾的示意图，两种人工肾的性能 同肾小球的比较见表6—2 .
• 由于血液渗析与血液过滤各有优缺点，可以将二者
有机地结合起来，成为血液透析过滤(HDF)，这三种
血液净化方法对血液中不同分子量溶质的透析效能
见图6—9.
第17页/共56页
第18页/共56页
第19页/共56页
第20页/共56页
此时应用渗析过程就比较适宜。
第9页/共56页
渗析过程最典型、最多的应用是血液透析，即人工肾，用于 从肾衰竭或尿毒症患者的血液中脱除尿素、尿酸、肌肝酸和其 它蛋白代谢物，以缓解病情。
据报道，目前全世界用于血液透析的膜的总面积高达35×l O 7m2;
通过渗析过程净化的血液每年达2 5亿升，仅在日本接受血 液透析的患者已超过8万人。
• 6.2电渗析过程
• 电渗析过程是一个电化学分离过程。
• 在电渗析过程中，应用荷电膜，使溶液中的 离子在电位差推动力的作用下透过膜，而同 溶剂和其它的不带电的组分分开。
• 电渗析广泛地应用于苦成水脱盐，在世界的 某些地区电渗析是生产淡水的主要过程。
• 由于新开发的离子交换膜同原来的膜相比， 具有更高的选择性，更低的膜电阻，更好的 热稳定性、化学稳定性以及更好的机械强度， 使电渗析过程已不仅仅限于在脱盐方面应用， 而已在食品、医药及化学工业的应用中引起 广泛的重视。
6．2．2电渗析膜的性能参数 描述电渗析膜的具体性能参数主要有以下几种： 1.交换容量：电渗析膜的交换容量是指每克千膜所含活性基团的
毫克当量数，单位m e q／g，是电渗析膜的关健性质。 一般说来交换容量越高，选择性越好，导电能力也越强。 但是一般的活性基团都具有亲水性，所以如果活性基团含量过高，
• 图6—8为两种人工肾的示意图，两种人工肾的性能 同肾小球的比较见表6—2 .
• 由于血液渗析与血液过滤各有优缺点，可以将二者
有机地结合起来，成为血液透析过滤(HDF)，这三种
血液净化方法对血液中不同分子量溶质的透析效能
见图6—9.
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此时应用渗析过程就比较适宜。
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渗析过程最典型、最多的应用是血液透析，即人工肾，用于 从肾衰竭或尿毒症患者的血液中脱除尿素、尿酸、肌肝酸和其 它蛋白代谢物，以缓解病情。
据报道，目前全世界用于血液透析的膜的总面积高达35×l O 7m2;
通过渗析过程净化的血液每年达2 5亿升，仅在日本接受血 液透析的患者已超过8万人。
• 6.2电渗析过程
• 电渗析过程是一个电化学分离过程。
• 在电渗析过程中，应用荷电膜，使溶液中的 离子在电位差推动力的作用下透过膜，而同 溶剂和其它的不带电的组分分开。
• 电渗析广泛地应用于苦成水脱盐，在世界的 某些地区电渗析是生产淡水的主要过程。
• 由于新开发的离子交换膜同原来的膜相比， 具有更高的选择性，更低的膜电阻，更好的 热稳定性、化学稳定性以及更好的机械强度， 使电渗析过程已不仅仅限于在脱盐方面应用， 而已在食品、医药及化学工业的应用中引起 广泛的重视。
第七章电渗析
0
阴离子交换树脂粉 0
70
聚异丁烯
4.2
5.8
硬脂酸钙
1.1
1.2
酞青蓝
0.1
聚乙烯起粘合剂作用 聚异丁烯起粘合、增柔作用，赋予膜弹性 硬脂酸钙作脱模剂和稳定剂 酞菁蓝是染料，以区别于阳膜的本色 还可以添加防老剂、抗氧化剂等成分
工艺流程和成膜条件
80-100℃
200-300目
树脂——干 燥——出料过筛————磨粉过筛————树脂粉
粘结剂 聚氯乙烯、聚过氯乙烯、聚乙烯醇等，天然与合
成橡胶
成膜方法 1.粉状树脂、粘结剂、辅料混合后通过延压和模压 成膜。 2.粉状树脂分散在粘结剂溶液中，浇铸成膜后，蒸 去溶剂 3.粉状树脂分散在成膜预聚体中，浇铸成膜后完成 聚合过程。
异相膜制备配方
原料
阳膜配料 %
阴膜配料 %
聚乙烯
21
23
阳离子交换树脂粉 73.7
• 离子交换膜是电渗析的核心部件，是一种膜状的离子交换 树脂。但在电渗析中使用的离子交换膜，实际上并不是起 离子交换作用，而是起离子选择透过作用，更确切地应称 为离子选择性透过膜。
二、离子交换膜的组成
离子交换膜
膜的主体 增强材料
固定部分 高分子骨架结构部分 离子交换基团 (固定荷电基团)
活动部分
反离子(对立离子) 唐纳渗透离子(同名离子) 溶剂(如水)
粒状聚氯乙烯 ∣二氯乙烷 溶胀
∣
悬浮聚合 ∣ 白球
┌───┴───┐
∣H2SO4 磺化
∣氯甲醚 氯化
∣
∣
磺酸氯型树脂
季铵型树脂
∣NaOH处理 ∣HCl处理
磺酸钠型树脂
季铵氯型树脂
└───┬───┘ 混炼 ∣ 拉片 ∣
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可解离出阳离子，对阳离子具有选择透过性 ——阳膜
可解离出阴离子，对阴离子具有选择透过性 ——阴膜
2. 离子交换膜的组成
离子交换膜
膜的主体
固定部分
活动部分
高分子骨架(基膜)
离子交换基团(固定荷电基团) 反离子 唐纳渗透离子
溶剂(如水)
增强材料(保证膜的强度和尺寸稳定性)
3. 离子交换膜的分类
按膜体宏观结构(制造工艺)不同可分3类：
1959年 前苏联开始研究和推广应用ED技术； 1966年 美国Du Pont公司研制全氟磺酸离子交换膜； 1970年 日本将电渗析器用于苦咸水淡化； 1972年 美国Ionics公司推出频繁倒极电渗析(EDR)装置； 1974年 日本在野岛建造了日产饮用水120t的海水淡化ED装
置； 1982年 日本成功开发了全氟阴离子交换膜（AEM）； 1991年 我国研制成功了无极水全自动控制ED器，以城市
电渗析原理
电渗析过程示意图
阳极室 浓缩室 淡化室 浓缩室 阴极室
+ Cl-
+
+ Cl- Cl+ Na＋ + + 阳极 阳膜
－
Cl-
－
Na＋
Na＋
Na＋ Cl- －
－
Cl- Cl-
Na＋ －
Na＋
Na＋
－
阴膜 阳膜 阴膜
阴极
电渗析过程原理图
阳极反应：
2Cl2eC2 l H 2O OH 2H 4 O H 4 e O 2 2 H 2 O
3. 半均相离子交换膜——成膜的高分子材料与离子交换基团 组合得十分均匀，但它们之间并没有形成化学结合。
离子交换膜功能示意图
离子交换膜工作原理示意图
第三节 离子交换膜的制备
一、异相膜的制备 把粉状树脂与胶粘剂混合后制成片状膜。具体
方法有： ① 延压和模压法 ② 溶液型胶粘剂法 ③ 离子型交换树脂法 二、半均相膜的制备
第七章离子交换膜和电渗析
电渗析（ED）技术的发展概况
对电渗析的基本概念的研究是从19世纪50年代开始的。
1854年 Graham发现了渗析现象；
1862年 Dubrunfant制成了第一个膜渗析器，并成功地进行了 糖与盐的分离；
1940年 Meyer和Strauss提出了具有实用意义的多隔室电渗析装 置的概念；
自来水为进水，单台多级多段配置，脱盐率为99%以上，原 水利用率达70%以上。 20世纪80年代中后期，常规ED技术在国外的发展进入了萎 缩阶段，西欧已基本不用。
我国电渗析技术的发展概况
1958年 开始电渗析技术的研究； 1960年代初 小型ED装置投入海上试验； 1965年 在成昆铁路上安装了第一台苦咸水淡化装置； 1966年 开始工业化试生产聚乙烯异相离子交换膜，从此ED
1950年 Juda试制成功了第一张具有选择透过性的阳、阴离子 交换膜，奠定了ED技术的实用基础，ED技术得到迅速发展。
1952年 美国Ionics公司制成了第一台电渗析装置；
1954~1956年 英、美将ED首先应用于生产实践中，主要应用 于苦咸水淡化、制备工业用水和饮用水，此后，ED 技术逐步 被引入北非、南非以及中东地区。
三、电渗析过程的基本传质过程
对流传质——离子在隔室主体溶液和扩 散边界层之间的传递；
扩散传质——离子在膜两侧的扩散边界 层中的传递；这是控制电渗析传质速率的 主要因素。
电 迁 移 传 质 —— 离 子 通 过 离 子 交 换 膜 的 传递。
第二节 离子交换膜的分类及组成
应注意，ED中所用的离子交换膜，实际上并 不是起离子交换作用（这点与通常据说的离 子交换树脂不同），而是起离子选择透过作 用，因此，更确切地应称之为离子选择性透 过膜。
C2 lH2OHC H l ClO
阴极反应：
2H 2O 2e H 2 2OH
NaOH NaOH
电渗析运行时可能发生的过程
电渗析过程中的其他迁移过程
① 同名离子迁移 ② 电渗析的浓差扩散 ③ 水的渗透 ④ 水的电渗透 ⑤ 压差渗漏 ⑥ 水的解离
阳极
阴极
Arrangement of membranes for electrodialysis 2，4，6，8——淡化室；3，5，7——浓缩室
二、离子交换膜的选择透过性
可由以下几个方面加以说明： 1. 孔隙作用——只有当被选择的离子的水合半径小于
孔隙半径时，该离子才能透过膜。 2. 静电作用——根据同电性相斥、异电性相吸的静电
作用规律，阳膜选择吸附阳离子；阴膜选择吸附阴 离子。 3. 扩散作用——膜对溶解离子具有传递迁移能力。由 吸附 ~ 解吸 ~ 迁移的方式，把离子从膜的一端输送 到另一端。
先用胶粘剂吸浸单体进行聚合，然后导入活性交 换基团制成含胶粘剂的热塑性离子交换树脂。
三、均相膜的制备
实际上是直接使离子交换树脂薄膜化。 大致过程为：①膜材料的合成反应过程、②成膜过
电渗析——指在直流电场作用下，溶液中的 荷电离子选择性地定向迁移，透过离子交换 膜并得以去除的一种膜分离技术。
采用电渗析过程脱除溶液中的离子，基于2个 基本条件： 1）离子交换膜的选择透过性； 2）直流电场。
离子交换膜（ion exchange membrane）是 电渗析器的主要部件，有“电渗析的心脏 ”之称。它是一种由高分子材料制成的具 有离子交换基团的薄膜。在这里更确切 地说应称之为“离子选择性透过膜”。
技术开始进入实用化阶段； 1967年 异相离子交换膜投入生产，为电渗析技术的推广应
用创造了条件； 1970年代以来 ED技术发展较快，离子交换膜生产已具相
当规模，全国共有44个膜品种，已商品化的有12类19种，并 已具有相当高的水平。我国离子交换膜产量占世界第二。
一. 电渗析(Electrodialysis)过程原理
1. 非均相(异相)离子交换膜——指由离子交换树脂的细粉末 和起粘合作用的高分子材料经加工制成的离子交换膜。（ 树脂分散在粘合剂中，因而在膜结构上是不连续的，固称 为异相膜）
2. 均相离子交换膜——由具有离子交换基团的高分子材料直 接制成的连续膜，或是在高分子膜基上直接接上活性基团 而成的。（膜中离子交换基团与成膜的高分子材料发生化 学结合起来，其组成完全均一，故称之为均相膜）
可解离出阴离子，对阴离子具有选择透过性 ——阴膜
2. 离子交换膜的组成
离子交换膜
膜的主体
固定部分
活动部分
高分子骨架(基膜)
离子交换基团(固定荷电基团) 反离子 唐纳渗透离子
溶剂(如水)
增强材料(保证膜的强度和尺寸稳定性)
3. 离子交换膜的分类
按膜体宏观结构(制造工艺)不同可分3类：
1959年 前苏联开始研究和推广应用ED技术； 1966年 美国Du Pont公司研制全氟磺酸离子交换膜； 1970年 日本将电渗析器用于苦咸水淡化； 1972年 美国Ionics公司推出频繁倒极电渗析(EDR)装置； 1974年 日本在野岛建造了日产饮用水120t的海水淡化ED装
置； 1982年 日本成功开发了全氟阴离子交换膜（AEM）； 1991年 我国研制成功了无极水全自动控制ED器，以城市
电渗析原理
电渗析过程示意图
阳极室 浓缩室 淡化室 浓缩室 阴极室
+ Cl-
+
+ Cl- Cl+ Na＋ + + 阳极 阳膜
－
Cl-
－
Na＋
Na＋
Na＋ Cl- －
－
Cl- Cl-
Na＋ －
Na＋
Na＋
－
阴膜 阳膜 阴膜
阴极
电渗析过程原理图
阳极反应：
2Cl2eC2 l H 2O OH 2H 4 O H 4 e O 2 2 H 2 O
3. 半均相离子交换膜——成膜的高分子材料与离子交换基团 组合得十分均匀，但它们之间并没有形成化学结合。
离子交换膜功能示意图
离子交换膜工作原理示意图
第三节 离子交换膜的制备
一、异相膜的制备 把粉状树脂与胶粘剂混合后制成片状膜。具体
方法有： ① 延压和模压法 ② 溶液型胶粘剂法 ③ 离子型交换树脂法 二、半均相膜的制备
第七章离子交换膜和电渗析
电渗析（ED）技术的发展概况
对电渗析的基本概念的研究是从19世纪50年代开始的。
1854年 Graham发现了渗析现象；
1862年 Dubrunfant制成了第一个膜渗析器，并成功地进行了 糖与盐的分离；
1940年 Meyer和Strauss提出了具有实用意义的多隔室电渗析装 置的概念；
自来水为进水，单台多级多段配置，脱盐率为99%以上，原 水利用率达70%以上。 20世纪80年代中后期，常规ED技术在国外的发展进入了萎 缩阶段，西欧已基本不用。
我国电渗析技术的发展概况
1958年 开始电渗析技术的研究； 1960年代初 小型ED装置投入海上试验； 1965年 在成昆铁路上安装了第一台苦咸水淡化装置； 1966年 开始工业化试生产聚乙烯异相离子交换膜，从此ED
1950年 Juda试制成功了第一张具有选择透过性的阳、阴离子 交换膜，奠定了ED技术的实用基础，ED技术得到迅速发展。
1952年 美国Ionics公司制成了第一台电渗析装置；
1954~1956年 英、美将ED首先应用于生产实践中，主要应用 于苦咸水淡化、制备工业用水和饮用水，此后，ED 技术逐步 被引入北非、南非以及中东地区。
三、电渗析过程的基本传质过程
对流传质——离子在隔室主体溶液和扩 散边界层之间的传递；
扩散传质——离子在膜两侧的扩散边界 层中的传递；这是控制电渗析传质速率的 主要因素。
电 迁 移 传 质 —— 离 子 通 过 离 子 交 换 膜 的 传递。
第二节 离子交换膜的分类及组成
应注意，ED中所用的离子交换膜，实际上并 不是起离子交换作用（这点与通常据说的离 子交换树脂不同），而是起离子选择透过作 用，因此，更确切地应称之为离子选择性透 过膜。
C2 lH2OHC H l ClO
阴极反应：
2H 2O 2e H 2 2OH
NaOH NaOH
电渗析运行时可能发生的过程
电渗析过程中的其他迁移过程
① 同名离子迁移 ② 电渗析的浓差扩散 ③ 水的渗透 ④ 水的电渗透 ⑤ 压差渗漏 ⑥ 水的解离
阳极
阴极
Arrangement of membranes for electrodialysis 2，4，6，8——淡化室；3，5，7——浓缩室
二、离子交换膜的选择透过性
可由以下几个方面加以说明： 1. 孔隙作用——只有当被选择的离子的水合半径小于
孔隙半径时，该离子才能透过膜。 2. 静电作用——根据同电性相斥、异电性相吸的静电
作用规律，阳膜选择吸附阳离子；阴膜选择吸附阴 离子。 3. 扩散作用——膜对溶解离子具有传递迁移能力。由 吸附 ~ 解吸 ~ 迁移的方式，把离子从膜的一端输送 到另一端。
先用胶粘剂吸浸单体进行聚合，然后导入活性交 换基团制成含胶粘剂的热塑性离子交换树脂。
三、均相膜的制备
实际上是直接使离子交换树脂薄膜化。 大致过程为：①膜材料的合成反应过程、②成膜过
电渗析——指在直流电场作用下，溶液中的 荷电离子选择性地定向迁移，透过离子交换 膜并得以去除的一种膜分离技术。
采用电渗析过程脱除溶液中的离子，基于2个 基本条件： 1）离子交换膜的选择透过性； 2）直流电场。
离子交换膜（ion exchange membrane）是 电渗析器的主要部件，有“电渗析的心脏 ”之称。它是一种由高分子材料制成的具 有离子交换基团的薄膜。在这里更确切 地说应称之为“离子选择性透过膜”。
技术开始进入实用化阶段； 1967年 异相离子交换膜投入生产，为电渗析技术的推广应
用创造了条件； 1970年代以来 ED技术发展较快，离子交换膜生产已具相
当规模，全国共有44个膜品种，已商品化的有12类19种，并 已具有相当高的水平。我国离子交换膜产量占世界第二。
一. 电渗析(Electrodialysis)过程原理
1. 非均相(异相)离子交换膜——指由离子交换树脂的细粉末 和起粘合作用的高分子材料经加工制成的离子交换膜。（ 树脂分散在粘合剂中，因而在膜结构上是不连续的，固称 为异相膜）
2. 均相离子交换膜——由具有离子交换基团的高分子材料直 接制成的连续膜，或是在高分子膜基上直接接上活性基团 而成的。（膜中离子交换基团与成膜的高分子材料发生化 学结合起来，其组成完全均一，故称之为均相膜）