膜技术及其应用-第七章 离子交换膜
离子交换膜的工作原理
离子交换膜的工作原理对于阳离子交换膜，它的功能基团通常是带有负电荷的树脂，如磺酸基团、酚醛基团等。
当溶液中存在带正电荷的离子时（如Na+、K+等），这些阳离子与膜表面的阴离子交换树脂发生离子对吸附，从而被膜中的功能基团捕获。
膜中的阳离子吸附物质浓缩，而其他阴离子则透过膜。
通过施加外加电场或控制溶液的浓度梯度，可以改变吸附离子的排放和吸附。
阴离子交换膜是带有正电荷的树脂或吸附团。
当溶液中存在带负电荷的离子时（如Cl-、SO42-等），这些阴离子与膜表面的阳离子交换树脂发生离子对吸附，被膜中的功能基团捕获。
膜中的阴离子吸附物质浓缩，而其他阳离子则透过膜。
同样，通过控制电场或浓度梯度，可以排放和吸附阴离子。
离子交换膜的选择性是通过化学结构和表面电荷确定的。
通常来说，阴离子交换膜对阴离子具有高选择性，阳离子交换膜对阳离子具有高选择性。
但在实际应用中，由于一些离子可能通过化学键或静电作用与膜表面相互作用，导致其选择性有所变化。
离子交换膜的工作原理还与质量转移密切相关。
在电场或浓度梯度作用下，溶液中的离子通过离子交换膜的扩散和迁移来传递。
扩散是指离子在溶液中的分子热运动导致其从高浓度区域向低浓度区域的传播。
而迁移是其在电场作用下向电场相反方向的运动。
离子在扩散和迁移中以一种复杂的方式在膜中传递，这取决于离子的尺寸、电荷、膜的孔隙结构等因素。
除了传质性能外，离子交换膜还具有稳定性、机械强度、化学稳定性等特点。
工程上的应用主要包括水处理、电解过程、离子分离、催化剂提取等领域。
例如，在水处理中，离子交换膜可用于去除溶液中的重金属离子和污染物。
在电解过程中，离子交换膜可用于隔离阴极和阳极，以防止离子彼此的干扰。
在离子分离和催化剂提取中，离子交换膜可用于分离纯化离子，实现高效的分离和浓缩。
总之，离子交换膜的工作原理是基于离子的选择性吸附和传输，通过施加电场或创建浓度梯度，实现离子的分离、浓缩和纯化。
这种膜材料具有广泛的应用前景，并在众多领域中发挥重要作用。
离子交换膜说课稿
离子交换膜说课稿一、说教材本文《离子交换膜》在现代化学工业中具有重要的作用和地位。
它主要介绍了离子交换膜的定义、分类、原理和应用等方面内容，是化学工艺和材料科学领域的基础知识。
通过学习本节课，学生可以了解到离子交换膜在电解、离子分离等过程中的关键作用，为后续相关课程的学习打下基础。
本文在课文中的作用主要有以下几点：1. 介绍离子交换膜的基本概念，使学生了解其定义、分类和原理。
2. 阐述离子交换膜的应用领域，让学生认识到其在实际工业生产中的重要性。
3. 分析离子交换膜的优缺点，引导学生关注其在实际应用中的局限性。
4. 提供实验操作案例，培养学生的实践操作能力和观察分析能力。
主要内容如下：1. 离子交换膜的定义及分类。
2. 离子交换膜的原理及制备方法。
3. 离子交换膜在电解、离子分离等过程中的应用。
4. 离子交换膜的优缺点及发展趋势。
二、说教学目标学习本课需要达到以下教学目标：1. 知识与技能：（1）理解离子交换膜的定义、分类和原理。
（2）掌握离子交换膜在电解、离子分离等过程中的应用。
（3）了解离子交换膜的优缺点及发展趋势。
2. 过程与方法：（1）通过观察实验现象，培养学生的问题发现和解决能力。
（2）通过小组讨论，培养学生的合作交流能力。
（3）通过分析离子交换膜的优缺点，提高学生的批判性思维能力。
3. 情感态度与价值观：（1）激发学生对化学工业和材料科学的兴趣。
（2）培养学生关注环保和资源利用的意识。
三、说教学重难点1. 教学重点：（1）离子交换膜的定义、分类和原理。
（2）离子交换膜的应用领域。
（3）离子交换膜的优缺点及发展趋势。
2. 教学难点：（1）离子交换膜的原理及其在电解、离子分离过程中的作用。
（2）离子交换膜的优缺点分析。
在教学中，要注意对重点内容的详细讲解，对难点内容进行逐步引导，帮助学生理解和掌握。
同时，结合实验和案例，提高学生的学习兴趣和实践操作能力。
四、说教法为了使学生更好地理解和掌握离子交换膜的相关知识，我采用了以下几种教学方法，并在教学中突出了自己与其他教法的不同之处。
离子交换膜
离子交换膜离子交换膜是一种广泛应用于化学、生物、环境工程等多个领域的重要分离材料。
它以其独特的选择性吸附和交换离子的能力而受到广泛关注和应用。
本文将就离子交换膜的基本概念、制备方法、应用领域以及发展趋势等方面进行介绍。
离子交换膜是一种含有具有特定交换基团的聚合物膜。
交换基团的选择决定了离子交换膜的具体性能。
例如，强酸性交换基团的离子交换膜具有很好的酸性阻隔性能，适用于酸性溶液的浓缩和分离；而强碱性交换基团的离子交换膜则适用于碱性溶液的处理和离子分离。
同时，离子交换膜还可以根据需要进行功能化修饰，以提高其性能和适用范围。
制备离子交换膜的方法主要包括模板法、浸渍法、界面聚合法等。
模板法是最早应用的一种方法，通过将交换基团引入模板分子中，然后再将模板与聚合物混合后膜化，最后将模板分子去除，得到带有交换基团的离子交换膜。
浸渍法则是先将聚合物膜制备好，然后再通过浸渍的方式引入交换基团。
界面聚合法则是将两种聚合物溶液分别涂布在两个介质界面上，形成双层膜结构，再通过交联反应将两种聚合物连接起来。
离子交换膜在化学工业中的应用非常广泛。
其中，最为典型的例子是电解池中的离子交换膜，用于对阳离子和阴离子进行选择性阻隔，实现电解池中阳离子和阴离子的分离。
此外，离子交换膜还可以应用于电力工业、电子行业、制药工业等多个领域，如电池分离膜、纯水制备膜、药品分离膜等。
在环境工程领域，离子交换膜可以用于水处理、废水处理、气体分离等方面。
随着科技的进步和人们对环境保护的要求越来越高，离子交换膜也在不断发展和创新。
一方面，人们对离子交换膜的选择性、稳定性和使用寿命提出了更高的要求，迫使科研人员不断改进和优化离子交换膜的制备方法。
另一方面，人们还在探索新的交换基团和新的聚合物材料，以提高离子交换膜的性能和适用范围。
此外，离子交换膜与其他技术的结合也成为研究的热点，如离子交换膜与纳米材料的复合、离子交换膜与光催化技术的结合等。
总的来说，离子交换膜作为一种重要的分离材料，具有广泛的应用前景和发展潜力。
离子交换膜
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
高的离子传导率 低的燃料渗透率 良好的机械性能 良好的热稳定性和水解稳定性 良好的电化学稳定性 良好的尺寸稳定性 容易制备成MEA 题
PEM存在的主要 问题 高温低湿质子传 导率低
AEM存在的主要 问题
甲醇渗透严重
离子传导
电解过程的分割介质 扩散渗析 加压渗析、热渗析 电池 燃料电池 渗透汽化 亲水性 去湿 传感器 促进传递 固定载体 修饰电极
离子交换膜发展时间线
60年代质子交换膜燃 料电池PEMFC出现并 应用于航天 新型离子膜过程 ED的集成杂化过程 离子膜的大量工业 应用 杂化离子交换膜
倒极电渗析EDR 商业离子交换 电去离子EDI Donnan电势的 Nafion膜 膜和电渗析器 提出 Bacon首次制备两 氯碱电极 出现 第一个电膜过 性离子膜和镶嵌 膜 程 膜 双极膜
丰田公司PEMFC汽 车Mirai上市
1890
1911
1925
1932
1940
1950
1962
1970
1978
1988-2002
2010
2014
电膜的首次工 业应用 首次制备离子 膜 电渗析首次应用 于海水制盐 全球最大的质子 交换膜燃料电池 示范站落户华南 理工大学
离子交换膜燃料电池
应用于燃料电池的离子交换膜应该具备的性质
A B C
跳跃机理 运载机理 表面机理
• Kreuer K D. Ion conducting membranes for fuel cells and other electrochemical devices[J]. Chemistry of Materials, 2013, 26(1): 361-380. • He G, Li Y, Li Z, et al. Journal of Power Sources, 2014, 248: 951-961. • Park C H, Lee S Y, Hwang D S, et al. Nanocrack-regulated self-humidifying membranes[J]. Nature, 2016, 532(7600): 480-483.
离子交换膜的分类与作用
离子交换膜的分类与作用离子交换膜是一种用于分离、浓缩和纯化离子的膜材料，广泛应用于水处理、化学工业、生物技术等领域。
根据不同的分类标准，离子交换膜可以分为多种类型，下面将对其分类和作用进行介绍。
一、按膜材料分类1. 聚合物离子交换膜：由聚合物材料制成，如聚丙烯、聚苯乙烯等。
这种膜具有较好的耐酸碱性和机械强度，适用于广泛的离子交换应用，如水处理中的去除离子杂质、电解质浓缩等。
2. 硅橡胶离子交换膜：由硅橡胶材料制成，具有良好的耐温性能和电气性能。
主要应用于高温环境下的离子交换，如电力工业中的离子交换反应器、燃料电池等。
3. 无机离子交换膜：由无机材料制成，如陶瓷、玻璃等。
这种膜具有较好的化学稳定性和耐高温性能，适用于要求较高的离子交换环境，如电子工业中的离子选择性膜、有机合成中的离子分离等。
二、按交换机制分类1. 阳离子交换膜：具有交换阳离子的功能，能够去除水中的钠、钾、铵等阳离子。
主要应用于水处理中的软化、除碱、除硅等过程，以及电力工业中的离子交换器等。
2. 阴离子交换膜：具有交换阴离子的功能，能够去除水中的氯、硝酸根、硫酸根等阴离子。
主要应用于水处理中的去除阴离子、纯化过程，以及化学工业中的阴离子选择性膜等。
3. 混合离子交换膜：具有同时交换阳离子和阴离子的功能，能够去除水中的各种离子。
主要应用于水处理中的全面纯化过程，以及化学工业中的离子交换反应器等。
离子交换膜的作用主要体现在以下几个方面：1. 分离离子：离子交换膜能够选择性地吸附或排斥特定的离子，从而实现离子的分离和纯化。
2. 浓缩溶液：离子交换膜可以通过交换离子的方式，将溶液中的离子浓缩，从而提高离子浓度。
3. 废水处理：离子交换膜能够去除废水中的离子杂质，使废水得到净化和回收利用。
4. 电解质制备：离子交换膜在电解质制备过程中起到重要作用，能够实现离子的选择性传输和分离。
5. 能源开发：离子交换膜在燃料电池和电化学储能等领域有广泛应用，能够实现离子的传输和反应。
离子交换膜的应用原理
离子交换膜的应用原理1. 离子交换膜的基本概念离子交换膜是一种将离子交换有机树脂粘合在合适的基材上制成的薄膜材料。
它具有交换离子的功能，可以在溶液中选择性地吸附和释放离子。
离子交换膜在水处理、电解过程、离子分离等领域具有广泛的应用。
2. 离子交换膜的应用原理离子交换膜的应用原理基于离子交换反应。
当溶液通过离子交换膜时，其中的离子会与离子交换膜上的离子相互交换，从而改变溶液中离子的浓度和组成。
离子交换膜可以分离溶液中的离子，使其满足特定需要。
2.1 离子交换膜的结构离子交换膜通常由两部分组成：离子交换层和支撑层。
离子交换层是膜的活性层，负责与溶液中的离子交换，并决定膜的选择性。
支撑层则提供膜的机械强度和稳定性。
2.2 离子交换膜的工作原理离子交换膜的工作原理可以通过以下步骤描述： - 溶液中的离子与离子交换膜上的离子发生交换反应。
- 离子交换膜通过选择性交换，将目标离子吸附到离子交换层中。
- 通过离子交换膜的通透性，使目标离子从一侧透过膜，另一侧脱去。
- 完成离子交换后，得到的新溶液具有特定的离子浓度和组成。
2.3 离子交换膜的选择性离子交换膜的选择性是其应用的关键特性之一。
离子交换膜的选择性取决于离子交换层中功能基团的类型和活性。
不同的功能基团可以选择性地吸附或释放特定的离子，从而实现离子交换的目的。
3. 离子交换膜的应用领域离子交换膜在许多领域中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 水处理离子交换膜在水处理领域被广泛应用于软化水、去除重金属离子、脱盐和除氧等工艺中。
通过选择合适的离子交换膜，可以高效地去除水中的杂质，提高水质和纯度。
3.2 电解过程离子交换膜在电解过程中起到分离和传递离子的作用。
例如，在氯碱法电解中，离子交换膜被用于隔离阳极和阴极，阻止阳极生成的氯气与阴极反应，从而提高电解效率。
3.3 离子分离离子交换膜在离子分离领域中被广泛应用。
通过选择合适的离子交换膜和溶液的PH值，可以实现不同离子的选择性吸附和分离。
离子交换膜技术及其应用_曾青兰
１ 科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ高 新 技 术离子交换膜技术是当代高新技术之一，由于离子交换膜技术所使用的介质——离子交换膜具有离子很强的选择透过性、分离效率高、能耗低、污染少，因此在许多方面有着重要的应用价值。
１ 离子交换膜技术１．１离子交换膜离子交换膜是一种具有选择透过性能的网状立体结构的高分子功能膜或分离膜。
由于在应用时主要是利用它的离子交换基团的选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。
按离子交换膜性能的不同，可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜和双极离子交换膜。
这三种膜的可交换离子分别对应为阳离子、阴离子和阴阳离子。
按膜的结构与功能又可将离子交换膜分为普通离子交换膜、双极离子交换膜和镶嵌膜三种。
普通离子交换膜一般是均相膜，利用其对一价离子的选择性渗透进行海水浓缩脱盐；双极离子交换膜由阳离子交换层和阴离子交换层复合组成，主要用于酸或碱的制备；镶嵌膜由排列整齐的阴、阳离子微区组成，主要用于高压渗析进行盐的浓缩、有机物质的分离等。
１．２离子交换膜技术的原理（１）电渗析。
将阴膜与阳膜交替排列在电极之间，在直流电场的作用下，以电位差为动力，离子透过选择性离子交换膜而迁移，阳离子交换膜带负电荷，选择性透过阳离子，而阴离子因为同性排斥而被截留，阴离子交换膜则正好相反。
从而使电解质离子自溶液中部分分离出来，实现溶液的浓缩与淡化，复分解反应及电解氧化还原，浓差扩散渗折等效能，达到提纯精制的目的。
（２）膜电解。
以ＮａＣｌ水溶液的电解为例。
在两个电极之间加上一定电压，则阴极生成氯气，阳极生成氢气和氢氧化钠。
２ 离子交换膜的应用２．１在钨工业上的应用在钨工业中，主要是应用离子膜技术制取仲钨酸铵（ＡＰＴ）。
一种工艺路线是将现行的钨溶剂萃取工艺的萃余液进行电渗析浓缩，所获得的浓硫酸钠溶液进行离子膜电解，回收碱、硫酸返回工艺应用的同时，得到生产钨粉的还原剂氢气，阳极得到氧气，另一种工艺路线是直接对钨酸钠溶液进行离子膜电解，回收碱的同时，在阳极室得到可用于萃取的偏钨酸钠溶液，进一步制取偏钨酸钠（ＡＭＴ），同样可在阴极可得到生产钨粉的还原剂氢气。
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
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三、电渗析过程的两个基本条件
• 直流电场的作用 使溶液中正、负离子分别向阴极和阳极作定向迁移 • 离子交换膜的选择透过性 使溶液中的带电离子在膜上实现反离子迁移
离子交换膜为什么具有选择透过性呢
四、离子交换膜的选择透过性
膜的静电作用、孔隙作用和扩散作用
• 带大量电荷的膜吸引反离子、排斥同名离子；膜中固定 离子越多，吸引力越强，选择性越好 • 水合离子半径小于孔隙大小才能通过 • 膜对溶解离子所具有的传递迁移能力，吸附-解吸-迁移 注意！离子交换膜的作 用并不是起离子交换的 作用，而是起离子选择 性透过作用！
第三节 离子交换膜的制备
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 先引入离子交换基团后再成膜） 4.新型离子交换膜（双极膜和螯合膜）
工作原理示意图
阳模带负电荷，阴膜带正电 荷 与膜所带电荷相反的离子透 过膜的现象称为反离子迁 移 高选择性渗透率、低电阻力、 优良的化学和热稳定性以 及一定的机械强度 2 3 4
• 阳膜组成的电渗析器
阴膜组成的电渗析器
二、电渗析过程中的传递现象
1）主要过程： 反离子迁移 2）次要过程： 同名离子迁移（阳模-阴离子）、电解质渗析 （浓差扩散）、水渗透（渗透压）、水的电渗 透（离子水合） 3）非正常过程： 压差渗漏（溶液）、水的解离（极化）
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电渗析的发展概述
• 电渗析研究源于德国，与1952年美国Ionics公司制备 世界第一台电渗析装置，用于苦咸水淡化； • 20世纪50年代末，日本开发海水浓缩制食盐； • 我国电渗析技术研究始于1958年，目前在电渗析主要 装置部件及结构方面都有巨大的创新，仅离子交换膜 产量就占到了世界的1/3； • 1981年，我国由国家海洋局杭州水处理技术开发中心 研发出200m3/d规模的海水淡化电渗析装置。
四、实际应用的电渗析器
五、电渗析仪的性能指标
• • • • 淡水产量 脱盐率 电能消耗 电流效率
第六节 电渗析的脱盐过程
1.连续式脱盐
2.循环式脱盐
第七节 新型的电渗析过程
• 填充混合离子交换树脂电渗析过程 • 含离子交换膜的Donnan渗析
• 双极膜水解离电渗析
双极膜是阴、阳膜紧密相邻或结合而成，直流电场下可将 水离解 双极性膜单独使用可实现电解反应；与阳膜和阴膜组合使 用可实现离子交换反应，可将盐转化成相应的酸与碱、可 从氨基酸盐制备氨基酸。
第二节 离子交换膜的组成及分类
一、离子交换膜的组成 树脂、胶黏剂、增塑剂、着色剂、抗氧化剂、脱模剂等 二、离子交换膜的分类 • 离子交换膜是膜状的离子交换树脂，含有活性基团和 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 • 阴膜含有碱性活性基团，与阳模相反
串 联
两级两段
具有同一水流方向的并联膜堆称为一段
• 一级一段特点是产水量与膜对数成正比，脱盐率 取决于一块隔板的流程长度，常用于大、中制水 厂，可含200～360个膜对； • 二级一段（多级一段）使操作电压降低，便于低 操作电压下获得高产水量； • 一级两段可增加脱盐流程长度，提高脱盐率，适 用于单台电渗析器一次脱盐，中、小型制水厂； • 多级多段发挥两者优点，同时满足对产量和质量 的要求。
• • •
• •
脱除有机物中的盐分 医药：葡萄糖、甘露醛、氨基酸、维生素C，中草药等 中草药有效成分的分离和精制，可通过电渗析把中草 药提取液分离成无机阳离子和生物碱、无机阴离子和有
机酸、中性化合物和高分子化合物三部分
食品：牛乳、乳清等
• 超滤、反渗透、电渗析 组合工艺提取甘露醇
本章习题
• • • 掌握电渗析的工作原理及其组成示意图 电渗析过程发生哪些传递现象？哪些是主要的，哪些是次要 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
离子交换膜的性能要求
• • • • • • 选择透过性高，要求在95%以上； 导电性好，要求其导电能力应大于溶液的导电能力； 交换容量大； 溶胀率和含水率适量； 化学稳定性强； 机械强度大。
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
第七章 离子交换膜与电渗析
主要内容
•电渗析的发展概述 •电渗析基本原理 •离子交换膜的组成及分类 •离子交换膜的制备 •离子交换膜的主要性能 •电渗析器 •电渗析的脱盐过程 •新型的电渗析过程 •电渗析在废水处理中的应用
我国2010年度膜产业十大新闻
3. 山东东岳集团上周传出喜人消息：“十一五” 国家科技支撑计划“全氟离子交换膜工程技术研 究”项目的4个课题全部通过了山东省科技厅组 织的专家审核验收。国产全氟离子膜关键技术、 工程放大及装备技术开发项目的完成，以及在万 吨级电解装置上成功应用，改写了我国氯碱工业 长期受制于人的历史。
二、电渗析器的组装
• 电渗析器的组装依其应 用不同而有所不同。其 组装的情况是用级和段 来表示的。 • 级：一对正、负电极之 间的膜堆称为一级； • 段：具有同一水流方向 的并联膜堆称为一段。
电渗析器的组装示意图
三、电渗析器的级与段
一对正、负电极之间的膜堆称为一级
并 联
一级一段 两级一段 一级两段
选择性透过
• 特殊离子交换膜 双极膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做 成，具有方向性的电阻。当阳膜面朝向阴极，阴膜面 朝向阳极时，正、负离子都不能透过膜，显示出很高 的电阻。当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜 两侧相应的离子进入膜中。
直流电场下，双极性膜 可将水离解，能够将水 分离成H+与OH- 两种离 子，可作为H+与OH-的 供应源。
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。 ⑵ 从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠。 ⑶ 从酸洗废液中制取硫酸和沉淀重金属离子。 ⑷ 电镀废水和废液处理，含Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等重金 属离子和氰化物的电镀废水都适宜用电渗析法处理，其中应 用最成熟的是含镍废水处理。 ⑸ 从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋。
第四节 离子交换膜的主要性能
1. 交换容量（IEC）：每克干膜所含活性基团的毫克当量数， 单位为meq/g 交换容量高，选择透过性好，导电能力强，但溶胀度大，影 响机械强度 一般约为2～3meq/g 2. 含水量：膜内与活性基团结合的内在水，以每克干膜含水 质量表示，一般含水量为20-40% 3. 膜电阻：关系工作所需电压和电能消耗，通常越小越好 4. 选择透过度：常用反离子迁移数和膜的透过度来表示 一般要求大于85%，反离子迁移数大于0.9，并希望在高浓 度电解质中仍有良好的选择透过性
酸性气体的清除与回收
第八节 电渗析在废水处理中的应用
• 水的纯化
海水、苦咸水、自来水制备初级和高级纯水的重要方法， 一般采用与离子交换树脂组合工艺，但注意电渗析不能 出去非电解质杂质
• 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
第一节 电渗析基本原理
一、电渗析的工作原理 • 电渗析（electrodialysis，简称ED）是指在直流电场 的作用下，溶液中的带电离子选择性定向迁移，透过 离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。 • 电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、 阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴 膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离 的一种物理化学过程。从而实现溶液的浓缩、淡化、 精制和提纯的一种膜过程。