离子交换膜的选择透过性
电渗析技术的简介
电渗析技术的简介一、电渗析技术简介及其发展背景电渗析(eletrodialysis,简称ED) 技术是膜分离技术的一种,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,以电位差为动力,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。
电渗析技术的研究始于德国,1903年,Morse和Pierce把2根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中,发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去;1924年,Pauli采用化工设计的原理,改进了Morse的实验装置,力图减轻极化,增加传质速率。
但直到1950年Juda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜后,电渗析技术才进入了实用阶段,其中经历了三大革新:(1) 具有选择性离子交换膜的应用;(2) 设计出多隔室电渗析组件;(3) 采用频繁倒极操作模式。
现在离子交换膜各方面的性能及电渗析装置结构等不断革新和改进,电渗析技术进入了一个新的发展阶段,其应用前景也更加广阔。
电渗析器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。
离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。
阳膜只允许通过阳离子,阻止阴离子通过,阴膜只允许通过阴离子,阻止阳离子通过。
在外加直流电场的作用下,水中离子作定向迁移。
由于电渗析器是由多层隔室组成,故淡室中阴阳离子迁移到相邻的浓室中去,从而使含盐水淡化。
在食品及医药工业,电渗析可用于从有机溶液中去除电解质离子, 在乳清脱盐、糖类脱盐和氨基酸精制中应用得都比较成功。
电渗析作为一种新兴的膜法分离技术,在天然水淡化,海水浓缩制盐,废水处理等方面起着重要的作用,已成为一种较为成熟的水处理方法。
二、几种电渗析技术1 倒极电渗析( EDR)倒极电渗析就是根据ED 原理,每隔一定时间(一般为15～20 min) ,正负电极极性相互倒换,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。
电解池中离子交换膜的三种类型与高考真题等典例详析
电解池中离子交换膜的三种类型和作用1．离子交换膜的类型和作用2.“隔膜”电解池的解题步骤第一步：分清隔膜类型。
即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步：写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步：分析隔膜作用。
在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。
3．多室电解池中膜的应用（本文中重点介绍电解池膜的应用，原电池请类比练习）多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。
（1）两室电解池①制备原理：工业上利用如图两室电解装置制备烧碱阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。
利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。
②阳离子交换膜的作用防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸。
避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
（2）三室电解池利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
阴极的NO 被还原为NH ＋4：NO ＋5e －＋6H ＋===NH ＋4＋H 2O ，NH ＋4通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO 被氧化为NO －3：NO －3e －＋2H 2O===NO －3＋4H ＋，NO －3通过阴离子交换膜进入中间室。
根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO ＋7H 2O=====电解3NH 4NO 3＋2HNO 3，为使电解产物全部转化为NH 4NO 3，补充适量NH 3可以使电解产生的HNO 3转化为NH 4NO 3。
电渗析脱盐技术原理介绍
电渗析脱盐技术原理介绍
电渗析（ED）是一种利用离子在直流电场下迁移作用的电化学分离过程，广泛应用于系统的脱盐或盐浓缩。
电渗析是在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使溶液中呈离子状态的溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。
如下图所示，当含盐水通过由阴、阳离子交换膜及浓、淡水隔板交替叠装，且在两端设置电极而成的电渗析的隔室时，在直流电场作用下产生离子定向迁移，即阳离子向阴极方向迁移，阴离子向阳极方向迁移，由于离子交换膜具有选择透过性，阴离子交换膜只能让阴离子通过，阳离子交换膜只能让阳离子通过，结果淡水室中的阴离子向阳极方向迁移，透过阴膜进入浓水室，阳离子向阴极方向迁移，透过阳膜进入浓水室；而浓水室中的阴、阳离子，虽然也在直流电场的作用下，分别向阳极和阴极方向迁移，但由于受到隔室两侧阳膜和阴膜的阻挡，无法迁出浓水室，从而留在浓水室中，这样，浓水室因阴、阳离子不断进入而浓度提高，淡水室因阴、阳离子不断移出而使浓度下降，通过隔板边缘特制的孔，分别将各浓、淡隔室的水流汇聚引出，便产生两股主水流，脱盐水和浓缩盐水。
电渗析脱盐原理图。
阳离子交换膜
01 简介
目录
02 制备方法
03 发展历史
04 改性方法
05 表面改性分析
离子交换膜是对离子具有选择透过性的高分子材料制成的薄膜，阳离子膜通常是磺酸型的，带有固定基团和 可解离的离子。
简介
阳离子交换膜分析阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，通常是磺酸型的，带有固定基团和可解离的离 子，如钠型磺酸型固定基团是磺酸根，解离离子是钠离子。阳离子交换膜可以看作是一种高分子电解质，由于阳 膜带负电荷，虽然原来的解离正离子受水分子作用解离到水中，但在膜外通电通过电场作用，带有正电荷的阳离 子就可以通过阳膜，而阴离子因为同性排斥而不能通过，所以具有选择透过性。
表面改性是指对离子交换膜进行粒子轰击或者辐射等方法使膜的表面形成一层改性层或增加膜表面的作用基 团来提高膜的选择透过性。近年来，膜表面改性包括：电沉积表面改性、光化学反应法表面改性、浸渍法表面改 性。这些方法都是在已有的基膜的基础上，对膜表面的物理一化学性质进行修饰。
表面改性分析
等离子体涂层表面改性
谢谢观看
改性方法
掺杂改性
表面改性
掺杂改性是借助添加剂的某些特定优势来提高膜的选择透过性。尽管聚电解质会堵塞膜孔道，但是具有更大 水合半径的离子能通过膜，这也表明斥力的不同会对离子的迁移产生显著的影响。用聚醚醚酮、聚醚砜等制备的 复合膜具有较低的电阻和良好的单价选择性能。以聚苯胺为功能材料制得改性有机-无机复合膜，并将其应用于单 价离子选择性分离体系。结果表明，混合膜对Na+迁移的影响并不明显，但对离子的截留率大大提高。用化学法 聚合苯胺制备的复合膜，考察了时间对离子交换容量和选择性的影响，得出在长时间聚合条件下，聚苯胺会发生 降解，只有在膜表面的改性层足够薄和表面足够平的情况下，分离效率才会提高。
5 专题突破12 隔膜在电化学中的功能
专题突破12隔膜在电化学中的功能1．常见的隔膜隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。
离子交换膜分三类：(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，既允许OH－和其他阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
2．隔膜的作用(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．离子交换膜的选择依据离子的定向移动。
4．离子交换膜的应用5．多室电解池的类型多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室等，以达到浓缩、净化、提纯以及电化学合成的目的。
(1)两室电解池以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例，其原理如图所示：①电极名称的判断：根据“阴阳相吸”判断，Na＋移向的乙电极是阴极；根据“阳极放氧生酸”判断，左侧有氧气生成的甲电极是阳极。
②电极反应式的书写：右侧阴极区电解液为稀氢氧化钠溶液，根据“阴极放氢生碱”，得4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A为氢气；左侧阳极区电解液为碳酸钠溶液，根据“阳极放氧生酸”，得H＋会与CO2－3结合生成HCO－3：4CO2－3－4e －＋2H2O===4HCO－3＋O2↑。
（1）含离子交换膜的电解池的最大优点是能自动把产品（如该电解池产生的NaOH和NaHCO3）分离开，从而降低分离提纯成本。
（2）“阴阳相吸”是很多化学反应的微观基础。
“阴阳相吸”的含义：①阴离子与阳离子相互吸引并发生迁移；②阴极吸引电解液中的阳离子，阳极吸引电解液中的阴离子，并使阳离子与阴离子发生定向移动；③正极吸引自由电子，使电子通过导线由负极定向移动到正极。
(2)三室电解池以三室式电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例，其原理如图所示：①阴极反应及ab膜的判断：阴极的电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH －(放氢生碱)，生成的带负电荷的OH－吸引中间隔室的K＋向阴极迁移，得到KOH 溶液，阴极区溶液的pH增大，ab膜为阳离子交换膜。
新课标卷的热点——离子选择交换膜(1)
新课标卷的热点——离子选择交换膜鲁科版教材中有两处对离子交换膜进行了介绍，分别在选修四第二章第2节化学与技术栏目中，给予了离子膜法在电解食盐水中的原理示意图，以及鲁科版选修2主题2海水资源工业制碱课题1中，使用离子交换柱进行海水淡化，对离子交换膜法电解原理示意图做了简单介绍。
研究近年高考题发现在电化学的考查中多次涉及离子交换膜的应用，体现了化学学科素养中的证据推理与模型认知。
一、简单介绍离子交换膜（简称离子膜）是一种含有离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过能力的高分子膜。
因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。
1950年W.朱达首先合成了离子交换膜，1956年首次成功地用于电渗析脱盐工艺上。
1•离子交换膜的功能和类型便高子龍向迁移，选算性地过茶些离子車唏高茶童离于、物员：平蘭整牛渣液绘壬妙或电叙坯¥巧呻貝允许却雯于和水廿于谍过，疋葺I艾啞麒、阻止阴禺子和岂悴堆过匸日土丁手注皑只允汗冏褊才'和水甘子通过*円羯丁片現、曲止阳蛊于和气佰i卸丈助土*汨只允许芸#至曳孑）礼水分子通'-I2.离子交换膜在电化学中的作用（1）将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触。
防止发生化学反应，引发不安全因素或者防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；例如：在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cb进入阴极室与NaOH反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸。
⑵用于物质的制备。
电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质，例如：电解法制备碘酸钾，只有使用阴离子交换膜，才能保证阴极区的碘离子定向移动到阳极区被氧化为碘酸根，从而提高原料的利用率，同时阴极得到副产物KOH。
⑶物质的分离与提纯。
例如：海水中含有大量Na+、C「及少量Ca2+、Mg2+、Sq2「，用电渗析法对该海水样品进行淡化处理，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，则a为阴3 •离子交换膜类型的判断首先判断隔膜的用途是制取物质，还是避免电极产物之间发生反应，然后根据电解质溶液呈中性的原则，判断膜的类型。
高三化学二轮复习 各种离子交换膜 课件
K＋
由a到b
【典例3】（2022全国乙卷·6）Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li－O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应( Li＋＋ e－＝ Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋＝2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是（ ）
阳极：放氧生酸
阴极：放氢生碱
稀NaOH
较浓H2SO4
电解Na2SO3得到NaOH，H2SO4
类型：分化型电解:盐→酸、碱
3-各类离子交换膜详解
单阳膜
（2）不允许阴离子通过进入阳极区，防止阳极产物与阴离子反应
（1）只允许阳离子通过
【典例1】(2020·浙江1月选考，18)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水如图，下列说法不正确的是（ ）
A
正极 负极
MnO2 +2e- +4H+ = Mn2+ +2H2O， 消耗H+，则SO42-应该迁移出去；
Zn -2e- +4OH- = Zn(OH)42-，消耗OH-，则K+应该迁移出去；
离子运动方向：正正负负
只能做阴极，不被氧化
2H2O－4e－ = O2↑＋4H＋
2H2O+ 2e－ = H2↑＋2OH-
H＋+HCO3- = C O2↑＋H2O
✔
✖
✔
✔
无CO32-
1mol的C2H4转移12mol电子
B
铂为阳极
阴阳双模
（2）隔绝阴阳离子使之不发生反应，酸碱性分化更强
电解应用、电解饱和食盐水(含有膜的应用)
1.整理 ①氯碱工业的简易装置和有膜装置 ②图像分析方法
2.提问：
（1）电极名称：c： 。 d： 。 （2）交换膜的名称a 离子交换膜。b . 离子交换膜。（阴、阳） （3）A、B口的物质分别是什么？出口物质的 浓度和进口物质的浓度大小关系为？
制取Fe(OH)2
2.某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置 (如右图)。通电后，溶液中产生白色沉淀，且较长时 间不变色。下列说法中正确的是（ ）
A．电源中“a”为负极，“b”为正极
√B. 电解池中的电解液不可以是NaCl溶液 C．B电极发生的反应：2H2O+2e-=H2↑+2OHD．A.B两端都必须使用铁作电极 正极
漂白液
2.用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使 Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计 了如图所示的装置，则对电源电极名称和消毒液的主 要成分判断正确的是( ) A.a为正极，b为负极；NaClO和NaCl B.a为负极，b为正极；NaClO和NaCl C.a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl D.a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
6.下图中能验证氯化钠溶液（含酚酞）电解产 物的装置是(惰性电极) ( )
19.（双选）某可充电的锂离子电池以 LiMn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极， 含Li+导电固体为电解质。放电时的电池反应 为：Li+LiMn2O4==Li2Mn2O4。下列说法正确 的是
A．放电时，LiMn2O4发生还原反应 B．放电时，正极反应为：Li++LiMn2O4+e==Li2Mn2O4 C．充电时，LiMn2O4发生氧化反应 D．充电时，阳极反应为：Li++e-==Li
电渗析工作原理
电渗析器的原理与应用机电商情网编辑一部供稿添加时间：2022-3-26 7:58:16 添加到我的收藏一、工作原理电渗析器除盐的基本原理，是利用离子交换膜的选择透过性。
阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻档阴离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移，使一路水中大部份离子迁移到另一路离子水中去，从而达到含盐水淡化的目的。
二、应用范围电渗析器具有工艺简单，除盐率高，制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点，广泛应用于水的除盐，具体应用在如下场合：海水及苦咸水淡化，根据我单位的试验资料，可将含盐量高达60 克/升的苦咸水淡化成饮用水，解决沙漠地区的饮用水源。
制取软水， (水的电阻率为105 欧姆一厘米)，可供低压锅炉给水，不需要食盐再生，还可节煤20%摆布。
深度除盐水及高纯水的前级处理，采用电渗析一离子交换法，扩大了原水合用范围，广泛应用电力、电子、化工、制药、科研化验等场合、降低制水成本50%以上。
节省离子交换法再生用酸碱80%摆布，延长再生周期五倍以上。
用于饮料食品工业的提纯，使啤酒、汽水的质量提高，为创优质名牌产品创造了条件。
电渗析器还可用于化工分离，浓缩及工业废水处理回收率。
三、构造及组装方式1.构造：电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部份构成。
(1)膜块：是由相当数量的膜对组装而成的。
膜对：是由一张阳离子交换膜，一张隔板甲(或者乙) ；一张阴膜，一张隔板乙(或者甲)组成。
离子交换膜：是电渗析器的关键部件，本厂采用上海化工厂产的异相膜。
隔板：分浓、淡水隔板，交替放在阴阳膜之间，使阴膜和阳膜之间保持一定的间隔，沿着隔板平面通过水流，垂直隔板平面通过电流。
隔板厚离0.9 毫米。
(2)极区包括电极、极框和导水板。
电极：为连接电源所用，本厂电极采用钛涂钌。
极框：放置在电极和膜之间，以防膜帖到电极上去，起支撑作用。
(3)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。
电渗析技术的简介
电渗析技术的简介一、电渗析技术简介及其发展背景电渗析(eletrodialysis简称ED)技术是膜分离技术的一种，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，以电位差为动力，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。
电渗析技术的研究始于德国，1903年,Morse和Pierce把2根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去;1924年,Pauli采用化工设计的原理，改进了Morse的实验装置，力图减轻极化，增加传质速率。
但直到1950年Juda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜后，电渗析技术才进入了实用阶段，其中经历了三大革新：(1) 具有选择性离子交换膜的应用；(2) 设计出多隔室电渗析组件；(3) 采用频繁倒极操作模式。
现在离子交换膜各方面的性能及电渗析装置结构等不断革新和改进，电渗析技术进入了一个新的发展阶段，其应用前景也更加广阔。
电渗析器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。
离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。
阳膜只允许通过阳离子，阻止阴离子通过，阴膜只允许通过阴离子，阻止阳离子通过。
在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移。
由于电渗析器是由多层隔室组成，故淡室中阴阳离子迁移到相邻的浓室中去，从而使含盐水淡化。
在食品及医药工业，电渗析可用于从有机溶液中去除电解质离子，在乳清脱盐、糖类脱盐和氨基酸精制中应用得都比较成功。
电渗析作为一种新兴的膜法分离技术，在天然水淡化，海水浓缩制盐，废水处理等方面起着重要的作用，已成为一种较为成熟的水处理方法。
二、几种电渗析技术1倒极电渗析(EDR)倒极电渗析就是根据ED原理,每隔一定时间(一般为15〜20 min),正负电极极性相互倒换，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。
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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。
2.静电作用
离子交换膜上分布着大量带电荷的基团。
因此，膜内构成强烈的电场：阳膜为负电场；阴膜为正电场。
根据静电效应的原理，膜与带电离子将发生同电性相斥，异电性相吸的静电作用。
结果是阳膜只能选择吸附阳离子，阴膜只能选择吸附阴离子。
它们都分别排斥与各自电场性质相同的同名离子。
对于两性膜，因为它们同时存在正、负电场，对阴、阳离子选择透过能力就取决于正负电场之间强度的大小。
3. 扩散作用
膜对溶解离子所具有的传递迁移能力，称为扩散作用。
它依赖于膜内活性离子交换基和孔隙的存在，而离子的定向迁移则是外加电场力推动的结果。
离子交换膜的透过现象，可以分为选择吸附、交换解吸、传递转移三个阶段。
由膜孔穴形成的通道口和内壁上分布着活性离子交换基，对进入膜相的溶解离子继续进行着鉴别选择。
这种吸附-解吸-迁移的方式，把离子从膜的一端输送到另一端，完成了膜对溶解离子定向扩散的全过程。