离子交换膜简介
离子交换膜简介ppt课件
4
整理版课件
阳离子交换膜是对阳离子具有选择透过性。 阳离子膜通常是磺酸型的。
阴离子交换膜对阴离子具有选择透过性。 一般以-NH3+、-NR2H+或者-PR3+等阳离子作为 活性交换基团。
13
离子选择性电极
整理版课件
离子选择性电极是一类利用膜电势测定溶液中 离子的活度或浓度的电化学传感器，当它和含 待测离子的溶液接触时，在它的敏感膜和溶液 的相界面上产生与该离子活度直接有关的膜电 势。电极膜对特定的离子具有选择性响应，电 极膜的电位与待测离子含量之间的关系符合能 斯特公式。这类电极由于具有选择性好、平衡 时间短的特点，是电位分析法用得最多的指示 电极。
11
电渗析法应用
整理版课件
水的淡化除盐、海水浓缩制盐 精制乳制品 果汁脱酸精和提纯 制取化工产品 电子、医药等工业制取高纯水的前处理 锅炉给水的初级软化脱盐。 从含金属离子的废水中分离和浓缩金属离子
12
燃料电池隔膜
整理版课件
燃料电池是一种通 过电化学反应直接将化 学能转变为低压直流电 的装置。燃料电池的膜 电极由气体扩散层、阳 极催化层、离子交换膜、 阴极催化层和气体扩散 层构成。氢燃料电池阳 极和阴极之间由质子交 换膜隔开，它是电池的 核心部件，对电池性能
2
整理版课件
离子交换膜同离子交换树脂类似， 都在高分子骨架上连接活性离子基团。 按膜的宏观结构可把离子交换膜分为 三大类： 1. 非均相离子交换膜 由粉末状的 离子交换树脂加黏合剂混炼、拉片、 加网热压而成。树脂分散在黏合剂中， 因而其化学结构是不均匀的。 2. 均相离子交换膜 均相离子交换
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。
离子交换膜简介 ppt课件
3
PPT课件
离子交换膜按功能及结构的不同，又 可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性 交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物 膜五种类型。
4
PPT课件
阳离子交换膜是对阳离子具有选择透过 性。阳离15
6
PPT课件 7
PPT课件
离子交换膜主要的材料种类
聚乙烯均相阴阳膜 聚苯醚均相阳膜 聚砜型均相阴膜 聚氟乙烯-多胺型阴膜 偏氟乙烯阳膜 甲基丙烯酸均相阳膜 聚三氟氯乙烯阳膜
8
PPT课件
离子交换膜的制备
离子交换膜的制备主要包括以下三个步骤：制 备基膜，引进交联结构和引入功能基团。制膜 的途径主要有以下三种：
阴离子交换膜对阴离子具有选择透过性。 一般以-NH3+、-NR2H+或者-PR3+等阳离子 作为活性交换基团。
5
原理
PPT课件
离子子交换膜可以看作是一种高分子电解质, 他的高分子母体是不溶解的,而连接在母体上 的带电基团带有电荷和可解离离子相互吸引着, 他们具有亲水性。例如，由于阳膜带负电荷, 虽然原来的解离阳离子受水分子作用解离到水 中,但在膜外我们通电通过电场作用,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。
换膜分为三大类：
1. 非均相离子交换膜 由粉末状的离子交换树脂加
黏合剂混炼、拉片、加网热压而成。树脂分散在黏合
剂中，因而其化学结构是不均匀的。
2. 均相离子交换膜 均相离子交换膜系将活性基团 引入一惰性支持物中制成。它没有异相结构，本身是 均匀的。其化学结构均匀，孔隙小，膜电阻小，不易 渗漏，电化学性能优良，在生产中应用广泛。但制作 复杂，机械强度较低。
离子交换膜的分类与作用
离子交换膜的分类与作用
离子交换膜是一种可以选择性传递离子的薄膜，广泛应用于水处理、电力工业、化工等领域。
根据其结构和作用，离子交换膜可分为以下几类。
1. 阴离子交换膜
阴离子交换膜具有选择性地吸附阴离子的特性。
它可以通过电荷排斥的机制将阴离子从溶液中吸附到膜表面，从而实现对阴离子的分离和浓缩。
阴离子交换膜广泛应用于饮用水处理、废水处理和纯化过程中，能够有效去除水中的硝酸盐、氯离子等。
2. 阳离子交换膜
阳离子交换膜具有吸附阳离子的特性。
它可以通过电荷排斥的机制将阳离子从溶液中吸附到膜表面，实现对阳离子的分离和浓缩。
阳离子交换膜广泛应用于电力工业中的离子交换树脂，可以去除水中的钠离子、镁离子等，提高水质。
3. 脱气膜
脱气膜是一种特殊的离子交换膜，它能够去除水中的溶解气体，如二氧化碳、氧气等。
脱气膜主要应用于饮用水处理和工业水处理中，能够减少水中的溶解气体含量，提高水的纯度和质量。
4. 渗透膜
渗透膜是一种特殊的离子交换膜，它具有选择性地允许某些离子通
过而阻止其他离子通过的特性。
渗透膜广泛应用于反渗透、超滤等膜分离过程中，能够实现对溶液中离子的有效分离和浓缩。
离子交换膜在水处理、电力工业和化工领域起着重要的作用。
它们可以通过选择性地吸附和传递离子，实现对溶液中离子的分离、浓缩和纯化。
离子交换膜的应用可以提高水质，减少污染物的排放，保护环境。
在未来的发展中，离子交换膜将继续发挥重要的作用，为人类提供更加清洁和可持续的资源。
离子交换膜简介范文
离子交换膜简介范文
离子交换膜是一种独特的分子筛层，它能够把大分子物质分离出来，
有效地控制物质的运动，应用于水解反应，水处理和电化学等工业过程中。
它由多层聚合物层构成，其中的每一层都含有一定数量的微孔，这些微孔
被称为“离子交换层”，用以交换离子。
首先，来自原始物质的小分子会进入膜的表面层，其中的离子会与交
换层接触并发生离子交换。
在膜的第一层，离子交换可以分为两种：水离
子交换和离子层交换。
水离子交换是指以水中的离子作为核心的离子交换，水离子通过膜层会与交换层内的离子发生共同反应，从而保持溶液中的平
衡状态。
离子层交换则是指离子层内的离子与膜层外的离子发生交换，从
而使离子层内的离子保持稳定。
离子交换膜
3.半均相离子交换膜也是将活性基团引入高分子支持物制成的。但两者不形成化学结合，其性能介于均相离 子交换膜和非均相离子交换膜之间。
谢谢观看
此外，离子交换膜按功能及结构的不同，可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换 膜、聚电解质复合物膜五种类型。离子交换膜的构造和离子交换树脂相同，但为膜的形式。
制备方法
制备பைடு நூலகம்法
离子交换膜分均相膜和非均相膜两类，它们可以采用高分子的加工成型方法制造。
①均相膜 先用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙 烯腈等制成膜，然后引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜内聚合成高分子，再通过化学反应，引入所需 的功能基团。均相膜也可以通过单体如甲醛、苯酚、苯酚磺酸等直接聚合得到。
离子交换膜
高分子材料制成的薄膜
01 类型
03 性质 05 性能指标
目录
02 制备方法 04 应用
基本信息
一种含离子基团的、对溶液里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。
水在膜中的渗透率就是离子在透过膜时带过去的水量。实用上水渗透率是膜的一个性能，其值愈大，在电渗 析时水损失愈大，通常疏水性高分子材料膜中水渗透率远低于亲水性高分子材料膜。
应用
应用
离子交换膜可装配成电渗析器而用于苦咸水的淡化和盐溶液的浓缩。电渗析装置（见图）的淡化程度可达一 次蒸馏水纯度。也可应用于甘油、聚乙二醇的除盐，分离各种离子与放射性元素、同位素，分级分离氨基酸等。 此外，在有机和无机化合物的纯化、原子能工业中放射性废液的处理与核燃料的制备，以及燃料电池隔膜与离子 选择性电极中，也都采用离子交换膜。离子交换膜在膜技术领域中占有重要的地位，它对仿生膜研究也将起重要 作用。
离子交换膜简介
离子交换膜主要用途电渗析 来自料电池隔膜 离子选择性电极电渗析
利用离子交换膜来分离不同的溶质离子。在电场作 用下溶液中的带电的溶质离子通过膜而迁移的现象 称为电渗析。利用电渗析进行提纯和分离物质的技 术称为电渗析法，最初用于海水淡化，现在广泛用 于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，环保中。
离子交换膜主要的材料种类
聚乙烯均相阴阳膜 聚苯醚均相阳膜 聚砜型均相阴膜 聚氟乙烯-多胺型阴膜 偏氟乙烯阳膜 甲基丙烯酸均相阳膜 聚三氟氯乙烯阳膜
离子交换膜的制备
离子交换膜的制备主要包括以下三个步骤：制 备基膜，引进交联结构和引入功能基团。制膜 的途径主要有以下三种：
（1）先成膜后导入活性基团 （2）先导入活性基团再成膜 （3）成膜与导入活性基团同时进行
离子交换膜简介
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液 的的离子具有选择透过功能的膜，通常由高分 子材料制成。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。
离子交换膜同离子交换树脂类似，都在高分子骨 架上连接活性离子基团。按膜的宏观结构可把离子交 换膜分为三大类： 1. 非均相离子交换膜 由粉末状的离子交换树脂加 黏合剂混炼、拉片、加网热压而成。树脂分散在黏合 剂中，因而其化学结构是不均匀的。 2. 均相离子交换膜 均相离子交换膜系将活性基团 引入一惰性支持物中制成。它没有异相结构，本身是 均匀的。其化学结构均匀，孔隙小，膜电阻小，不易 渗漏，电化学性能优良，在生产中应用广泛。但制作 复杂，机械强度较低。 3. 半均相离子交换膜 也是将活性基团引入高分子 支持物制成的。但两者不形成化学结合，其性能介于 均相离子交换膜和非均相离子交换膜之间。
离子交换膜按功能及结构的不同，又可 分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交 换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物膜 五种类型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
离子选择性电极
离子选择性电极是一类利用膜电势测定溶液中 离子的活度或浓度的电化学传感器，当它和含 待测离子的溶液接触时，在它的敏感膜和溶液 的相界面上产生与该离子活度直接有关的膜电 势。电极膜对特定的离子具有选择性响应，电 极膜的电位与待测离子含量之间的关系符合能 斯特公式。这类电极由于具有选择性好、平衡 时间短的特点，是电位分析法用得最多的指示 电极。
离子交换膜简介
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液 的的离子具有选择透过功能的膜，通常由高分 子材料制成。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。
离子交换膜同离子交换树脂类似，都在高分子骨 架上连接活性离子基团。按膜的宏观结构可把离子交 换膜分为三大类： 1. 非均相离子交换膜 由粉末状的离子交换树脂加 黏合剂混炼、拉片、加网热压而成。树脂分散在黏合 剂中，因而其化学结构是不均匀的。 2. 均相离子交换膜 均相离子交换膜系将活性基团 引入一惰性支持物中制成。它没有异相结构，本身是 均匀的。其化学结构均匀，孔隙小，膜电阻小，不易 渗漏，电化学性能优良，在生产中应用广泛。但制作 复杂，机械强度较低。 3. 半均相离子交换膜 也是将活性基团引入高分子 支持物制成的。但两者不形成化学结合，其性能介于 均相离子交换膜和非均相离子交换膜之间。
离子交换膜主要用途
电渗析 燃料电池隔膜 离子选择性电极
电渗析
利用离子交换膜来分离不同的溶质离子。在电场作 用下溶液中的带电的溶质离子通过膜而迁移的现象 称为电渗析。利用电渗析进行提纯和分离物质的技 术称为电渗析法，最初用于海水淡化，现在广泛用 于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，环保中。
离子交换膜主要的材料种类
聚乙烯均相阴阳膜 聚苯醚均相阳膜 聚砜型均相阴膜 聚氟乙烯-多胺型阴膜 偏氟乙烯阳膜 甲基丙烯酸均相阳膜 聚三氟氯乙烯阳膜
离子交换膜的制备
离子交换膜的制备主要包括以下三个步骤：制 备基膜，引进交联结构和引入功能பைடு நூலகம்团。制膜 的途径主要有以下三种：
（1）先成膜后导入活性基团 （2）先导入活性基团再成膜 （3）成膜与导入活性基团同时进行
原理
离子子交换膜可以看作是一种高分子电解质, 他的高分子母体是不溶解的,而连接在母体上 的带电基团带有电荷和可解离离子相互吸引着, 他们具有亲水性。例如，由于阳膜带负电荷, 虽然原来的解离阳离子受水分子作用解离到水 中,但在膜外我们通电通过电场作用,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。
离子交换膜按功能及结构的不同，又可 分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交 换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物膜 五种类型。
阳离子交换膜是对阳离子具有选择透过性。 阳离子膜通常是磺酸型的。
阴离子交换膜对阴离子具有选择透过性。 一般以-NH3+、-NR2H+或者-PR3+等阳离子作为 活性交换基团。
电渗析法应用
水的淡化除盐、海水浓缩制盐 精制乳制品 果汁脱酸精和提纯 制取化工产品 电子、医药等工业制取高纯水的前处理 锅炉给水的初级软化脱盐。 从含金属离子的废水中分离和浓缩金属离子
燃料电池隔膜
燃料电池是一种通过 电化学反应直接将化学能 转变为低压直流电的装置。 燃料电池的膜电极由气体 扩散层、阳极催化层、离 子交换膜、阴极催化层和 气体扩散层构成。氢燃料 电池阳极和阴极之间由质 子交换膜隔开，它是电池 的核心部件，对电池性能 起着关键作用。