全氟离子交换膜
PEM、AEM膜电极制备工艺介绍
PEM、AEM膜电极制备工艺介绍膜电极（MEA）是AEM电解槽、PEM电解槽和燃料电池的关键组件。
三种产品的膜电极组成相似，一般包括质子交换膜/阴离子交换膜、催化层和气体扩散层；其中PEM电解槽的气体扩散层为钛网，AEM 电解槽则换成镍网。
膜电极结构示意图一、MEA核心部件制备工艺1、质子交换膜燃料电池和PEM电解槽用的膜电极一般采用质子交换膜，主要由全氟磺酸树脂膜制成，其带有增强层的全氟磺酸树脂膜生产过程相似，制得的产品主要不同体现在厚度，燃料电池的质子交换膜比PEM电解槽用的质子交换膜更薄。
质子交换膜的制备流程一般为用双模头在基膜上先做一次涂层，附上增强层后再涂一层树脂溶液，进行烘干后再进行后续处理制得。
质子交换膜制备工艺2、阴离子交换膜没有带增强层阴离子膜制备流程较为简单，除了用传统的流延的方式制备，还能用涂布的方式，即直接在基膜上涂布流平后再进行烘干。
阴离子交换膜制备工艺二、MEA制备工艺目前膜电极普遍采用CCM工艺，即直接将催化剂浆料沉积在质子交换膜/阴离子交换膜上，这种工艺路线一定程度上提高了催化剂的利用率和耐久性，是目前商业化程度较高的膜电极工艺路线，已实现大批量生产。
膜电极的制备过程第一步为制浆，这一步骤三种产品是相似的，制浆后则进行涂布、五合一、热压、气密检测等流程。
由于质子交换膜和阴离子膜都存在溶胀的特性，因此涂布普遍使用的是转印的工艺，即先把浆料涂在转印膜上，后再转印在质子交换膜或阴离子交换膜上。
浆料制备工艺PEM电解槽膜电极制备CCM工艺AEM电解槽膜电极制备CCM工艺在AEM膜电极制备过程中，阴、阳极催化层为催化剂、亲水材料/疏水材料和离聚物等制成的浆料。
催化剂包括贵金属PGM和非贵金属催化剂，如阴极可使用二硫化钼，阳极可使用镍铁层状双氢氧化物。
此外，AEM电解槽用膜电极还有一制备工艺为CCS法，为催化剂沉积在气体扩散层或多孔传输层等基底上。
主要流程可表现为：在阴极端，将催化剂涂层沉积到碳布上，阳极端可将催化剂涂层沉积在泡沫镍上，该涂层可使用喷涂或狭缝挤压的工艺进行；涂覆完涂层后使用点胶的方式将碳布、泡沫镍和阴离子膜三层叠合在一起制得膜电极。
（完整版）离子膜法烧碱工艺毕业论文
（完整版）离子膜法烧碱工艺毕业论文扬州工业职业技术学院2014 — 2015 学年第二学期毕业设计（论文）（课程设计）课题名称：离子膜法烧碱生产工艺设计时间： 2015.3系部：化学工程学院班级：姓名：学号：指导教师：前言 (5)1 氯碱相关介绍 (5)1.1 氯碱行业简介 (5)1.2 主要产品及名称 (5)1.3 主要产品的用途 (5)1.2 我国氯碱行业的现状及发展趋势 (6)1.2.1 目前氯碱产量 (6)1.2.2 氯碱行业在技术和规模上的现状 (6)1.2.3 国内氯碱未来发展趋势 (6)2 离子膜法电解工艺研究 (7)2.1 离子膜法工艺原理及设备 (7)2.1.1 离子膜法制碱原理 (7)2.1.2 离子膜的性能和种类 (9)2.1.3 离子膜电解槽 (10)2.2 离子膜法制碱工艺流程 (12)2.2.1 一次盐水 (12)2.2.2 二次盐水 (14)2.2.3 电解工艺 (15)2.2.4 淡盐水脱氯 (17)2.2.5 氯氢处理 (18)2.2.6 废氯气处理 (22)2.2.7 氯气液化 (22)3. 结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)离子膜法烧碱生产工艺摘要：随着科技的迅猛发展，我国的氯碱工业行业也得到了迅速的发展和扩大，很多氯碱化工企业也都扩大了生产，加大了生产力度。
然而随着社会高速的发展，提高氯碱的生产规模和更有效、更经济的发展氯碱行业的发展也催生了很多新的企业加入到行业中来，氯碱行业已经开始向规模化、技术化、经济化这种良好的态势发展，特别是离子膜法工艺的出现，将会更加有利于此行业的发展和提高壮大。
本论文主要论述了离子膜法烧碱生产工艺规程。
关键词：氯碱生产工艺离子膜法abstract：Along with the rapid development of science and technology,China's chlor-alkali industry rapid development and expansion, a lot ofchlor-alkali chemical enterprises are also enlarged the production, weintensified the efforts on the production. However, with the development ofthe society of and the development of more effective and more economical development of chlor-alkali industry also rise to a lot of new companies to join the industry, Chlor-alkali industry to scale, technology, economize the good state of development, especially the emergence of ion membrane process, will be more conducive to the development of the industry and improve.This thesis mainly discusses the method of ionic membrane caustic soda production process procedures.Keywords：chlor-alkali production process Ionic membrane law前言随着世界氯碱工业生产和进出口格局的转变，我国已成为世界上氯碱化工的重要生产基地。
全氟十三醇 熔点
全氟十三醇，化学名称为1H,1H,13H-全氟-1-十三醇，CAS No. 423-72-3，分子式为C13H4F24O，分子量为632.13。
全氟十三醇在常温下为无色至浅黄色透明液体，无味，不燃烧。
它具有高疏水性、低表面张力、低粘度、低凝固点以及良好的化学稳定性和热稳定性等优良特性。
全氟十三醇广泛应用于消防泡沫灭火剂、离子交换膜、合成洗涤剂、润滑油、润滑脂、润滑膏等领域。
在消防泡沫灭火剂中，全氟十三醇主要用作泡沫灭火剂的添加剂，使泡沫具有更好的稳定性和更好的抗燃性。
离子交换膜则主要应用于氯碱工业中，具有良好的耐氯腐蚀性能。
在合成洗涤剂中，全氟十三醇则可以作为表面活性剂，提高洗涤效果并具有很好的环保性能。
此外，全氟十三醇也在润滑油、润滑脂、润滑膏等领域中得到广泛应用。
它具有很好的化学稳定性，能够在高温下保持稳定，并且具有很好的润滑性能，可以有效地降低摩擦系数，提高润滑效果。
总的来说，全氟十三醇是一种重要的有机化合物，在许多领域中都有广泛的应用。
它的熔点为600度左右，相对较高的熔点表明它在高温下仍能保持稳定。
此外，全氟十三醇还具有优良的化学稳定性和热稳定性，以及良好的疏水性、低表面张力、低粘度等特性，使得它在许多领域中都有广泛的应用。
离子交换膜技术及其应用
的应 用 。
关键 词 ： 离子交换 膜技术 电渗析 膜 电解 应 用 中图分 类 号 ： Ｂ Ｔ ４ 文 献标 识 码 ： Ａ 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 、 离 分 效率高 、 耗低 、 染少 ， 能 污 因此 在 许 多 方 面
文 章 编号 ： ６ ３ ９ （ ０ ０ ０ （） ０ １ １ １ ７ － ７ １ ２ １ ） ２ ａ一０ ０ －０ ２
氨 基 酸盐 或 脂 肪 酸 盐（ ～２ 个 碳 原 子） １ ６ 盐提 供 Ｈ 离 子 和 ｏＨ一 子 ， 之 分 别 生 成 有 机 离 使 酸 和 相 应 的 碱 ； 离 子 交 换 实现 药 物 的 定 用 位 释 放 、 皮释 放 和 鼻 腔 释 放 ， 宽给 药途 透 拓 有着重要的应用价值 。 径 ， 而 使 药 物 可 直 接 作 用 于 病 变 部 位 而 从 达到最佳 的治疗效果 。 究 课 题 是 钨 酸 钠 溶 液 的 离 子 膜 电 解 工 艺 ， ２ ５在 处 理工 业 废水 中 的应 用 １ 离子 交换膜 技术 ． 将 它 与 现 行 钨 萃 取 工 艺 配 套 ， 完 全 改 变 将 １ １离子 交换膜 ． 用 离 子 交 换膜 电 渗 析 技 术 处 理 工 业 废 离 子 交 换 膜 是 一 种 具 有 选 择 透 过 性 能 钨 工 艺 的 格 局 ， 成 一 种 无 污 染 的 闭 合 流 水 ， 离 所 需 组 分 并 使 之 浓 缩 ， 可使 溶 液 形 分 且 的 网 状 立 体 结 构 的 高 分 子 功 能 膜 或 分 离 程 。 脱盐 ， 到 的 工 业 水 可 直 接 再利 用 ， 而 实 得 从 膜。 由于 在 应 用 时 主 要 是 利 用 它 的 离 子 交 ２ ２ 在氯 碱 工业 中 的应用 ． 现 工 业 废 液 的 零 排 放 ； 离 子 交 换 膜 电 解 用 换 基 团 的选 择 透 过 性 ， 以 也 称 为 离 子 选 所 氯 碱 工 业 中 利 用 膜 电解 获 取 产 品 ， 所 回 收 工 业 废 水 中 的 金 属 、 离 稀 有 金 属 和 分 择 透 过性 膜 。 离 子 交 换 膜 性 能 的不 同 ， 按 可 用 的 离子 交换 膜 一 股 为 氟 纤 维 增 强 的 全 氟 贵 金 属 和 氯 碱 等 ， 仅 废物 可再 利 用 ， 且 不 而 分 为 阳 离子 交 换 膜 、 离 子 交换 膜 、 性 交 磺 酸 、 氟 羧 酸 阳 离 子复 合 膜 。 只 让 Ｎａ 阴 两 全 它 可 极 大 程 度 减 轻 工 业 排 放 水 对 环 境 的 污 换 膜 和 双 极 离 子 交 换 膜 。 三 种 膜 的 可 交 带着 少 量 水 分 子 透 过 ， 它 离子 难 以 透 过 。 染 ； 阴 离 子 交 换 膜 扩 散 渗 析 从 含 酸 的 工 这 其 用 换 离 子 分 别对 应 为 阳 离 子 、 离 子 和 阴 阳 阴 电解 时 从 电解 槽 的 下 部 往 阳 极 室 注 入 经 过 业 废 液 中 ， 收 酸 ， 阳离 子 交 换 膜 扩 散 渗 回 用 离 子 。 膜 的 结 构 与 功 能 又 可 将 离 子 交 换 严 格 精 制 的Ｎａ １ 按 Ｃ 溶液 ， 阴极 室 注入 水 。 往 在 析 从 含 碱 的 工 业 废 液 中 ， 回收 碱 。 理 后 的 处 ｌ放 电 ， 成 Ｃ ， 从 电 解 槽 顶 部 废 水 含 酸 、 量 可 望达 工业 废 水 排 放 标 准 。 生 １， 膜 分 为 普 通 离 子 交 换 膜 、 极 离 子 交 换 膜 ． 阳极 室 中 Ｃ 双 碱 和 镶 嵌 膜 三 种 。 通 离 子 交 换 膜 一 般 是 均 放 出 ， 时Ｎａ 带着 少 量 水 分 子透 过 阳 离 子 普 同 另 外 ， 子 交 换 膜 技 术 还 可 用 于 生 物 离
离子膜烧碱工艺的工艺流程
离子膜烧碱工艺的工艺流程电解流程由二次盐水精制工序送来的精制盐水，通过盐水高位槽，进入电解槽的阳极液进料总管。
其流量由每个电解槽的自调阀来控制，以保证阳极液的浓度达到规定值。
进槽值由送入每台电解槽的直流电流进行串级控制。
浓度31%的高纯盐酸用来中和从阴极室通过离子膜渗透到阳极室的OH-离子，盐酸经过自动调节与阳极液一起送入阳极室。
精制盐水在阳极室中进行电解，产生氯气，同时NaCL浓度降低。
电解槽进、出口之间的NaCL分解率为约50%。
每个阳极室都有两个挠性软管，一个连接进料总管，另一个连接出料总管。
电解后产生的氯气和淡盐水混合物通过软管汇集排入阳极液总管，并在总管中进行气体和液体分离。
氯气在氯气总管中进行汇集后送入淡盐水储槽顶部。
在此，氯气中的水分被分离并滴落，然后氯气被送往界外。
氯气压力由自调阀控制。
淡盐水送入淡盐水储槽底部，然后用淡盐水循环泵一部分经液位自调控制送往脱氯工序；另一部分送往电解槽，进槽淡盐水流量由自动控制。
阴极液在阴极室电解产生氢气和烧碱，碱液进入阴极液循环槽，通过阴极液循环泵一部分经阴极液冷却器进入碱高位槽后，进入电槽，这部分电解液进槽前加纯水稀释，纯水量自调由直流电和碱串级控制；另一部分电解液经液位自调控制送入碱冷却器冷却至约45℃后送往碱储槽，然后送往罐区。
氢气在阴极液出口总管中分离，并在氢气主管线中进行汇集后，送到碱液循环槽顶部。
氢气中的水分被分离并滴落，然后氢气送往界外。
氢气压力由自调阀控制，与氯气压力串级控制，使氢气和氯气之间压差保持在设定范围内（5KPa）。
4.淡盐水脱氯工序电解槽出来的淡盐水和氯氢处理来的氯水混合后，用31%的高纯盐酸将PH值调节到约1.5，送入脱氯塔的顶部。
脱氯塔的压力为-70～75Kpa，由真空泵进行控制。
脱氯塔出口处游离氯降低到50mg/L，脱出的氯气汇入氯气总管，也可送入废气吸收塔。
脱氯后的淡盐水先用NaOH把PH调到9～11，再将亚硫酸钠储槽中配制的浓度为10wt%的亚硫酸钠溶液用亚硫酸钠泵加入到淡盐水管道中，以彻底除去残余的游离氯。
离子交换膜分离技术ppt课件.ppt
单台电渗析运行方式
单台电渗析器运行方式
(a) 一次通过式；(b)循环式；(c) 部分循环式；
多台电渗析串联运行方式
电渗析过程的各种指标
• 流速与流量
淡液室的流量为：
qd 10 3 ws
L/s
膜堆总流量为：
Q 3.6Nqd
m3/h
淡液室的液流速度为： 106Q 278Q
cm/s
图1 电场作用下在双极膜中的水离解原理
6.4.1 概 述
图2 三室双极膜电渗析器原理
图3 两室双极膜电渗析器原理
图4 两室双极膜电渗析器原理
6.4.1 双极膜电渗析应用
双极膜应用举例
应用 无机盐盐制取相应的酸和碱
从发酵液中回收有机酸 烟气中回收SO2
人造丝废水中回收H2SO4和NaOH 钢材酸洗液中回收HF和HNO3 能量储存和能量转换
开发状态 工业试验 工业应用或工业试验 工业试验 工业应用 工业应用 理论上可能
电渗析技术在湿法冶金过程中的应用
-以偏钨酸铵制取为例
双极膜电渗析制取偏钨酸铵
• 偏钨酸铵(AMT),一种钨的同多酸铵盐 • 分子式为(NH4)6(H2W12O40)·3H2O • 特点：在水中的溶解度高 • AMT主要用于制备钨系石油加氢催化剂 • 制备方法：
阴离子膜
阴极 H2
+
SO42-
SO42-
-
NH4+
H+
OH-
Na2WO4
(NH4)2SO4
膜电解硫酸铵制取硫酸与氨水原理
6.3.2.2 电解氧化
阳极
NiCl2
H2O
阴离子膜
阴极 H2
+
Cl-
氯碱工艺资料
(6) 生产稳定,安全性高。离子膜法生产弹性较大,电槽能适应电 流负荷的较大幅度变化,迅速调节生产负荷;同时离子膜法开停车 安全方便,操作维修简单,劳动强度低。
22
四、氯碱工业特点
（1）能耗大
氯碱生产的耗电量仅次于电解法生产铝。 因为每生产 1 吨 100% 的烧碱耗电 2580 度， 耗气5吨，总能耗折标准煤为1.815吨。
30
我国离子膜法烧碱装置存在着“使用超前， 研发滞后”的问题。
一．所用离子交换膜全部依靠进口
离子膜800美元/m2(约折合人民币6500元 /m2)，每万t离子膜法制碱装置约需300m2离 子交换膜，平均2.5年更换一次（周期）。 二．装置连续运行时间短，离子交换膜使用寿 命不够长 能够连续运行3个月以上的装置很少；我国的 膜寿命一般只有2～4年，平均2.5年，而国外 的膜寿命可达3～6年，甚至更长。
Байду номын сангаас 31
三．能耗高于国外先进水平
我国离子膜法烧碱的平均电耗2286kW· h/t， 与国外先进水平相差17%-43%。蒸汽消耗平均 为0.67t(折标煤95.7kg)。日本的蒸汽消耗只有 0.343 t(折标准煤49kg)
四．盐耗高于国外先进水平 国外离子膜法烧碱的盐耗一般在1.5t以下，国 内盐耗一般在1.55-1.60 t，有些厂高达1.671.76t，相差50kg左右。
二氯乙烷
14
氯 气 用 于 生 产
PVC
聚氯乙烯
15
氯气进一步制成次氯酸钠、聚氯乙烯、甲烷 氯化物等氯产品，目前我国生产200多种氯产 品，主要品种70多个。 现加大科技投入，研发高科技精细化工氯产 品，如高分子化合物及氯化聚合物(聚氯乙烯、 氯化橡胶、聚偏二氯乙烯及其共聚物、氯化聚 乙烯、氯化聚丙烯)、环氧化合物(环氧氯丙烷)、 光气系列产品(光气、双光气、三光气)、甲烷 氯化物(一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯 化碳)、含氯中间体(氯苯和硝基氯苯、氯乙酸、 氯化苄、氯乙酰氯、氯化亚砜)等
直接甲醇燃料电池
直接甲醇燃料电池（理学院，材料科学与工程系，材料科学与工程专业余志勇）（学号：2000143001）内容提要：制备了一只面积为3×3cm2的直接甲醇燃料电池，优化了有关制备工艺，测定了在不同放电电流、不同甲醇浓度和不同有机物作燃料时的放电性能。
结果发现，制备过程中电极干燥处理和MEA热复合时温度对电池的性能有至关重要的影响。
同时还发现，低电流放电时，提高甲醇浓度，工作电压下降；在以1mol/L甲醇溶液为燃料时，放电电流为50mA时，电池输出功率达到最大。
在室温低电流密度下，不同物质的水溶液作燃料时，工作电压存在下列次序：异丙醇>甲酸>甲醛>甲醇。
关键词：直接甲醇燃料电池；质子交换膜燃料电池；电催化剂教师点评：论文制备了一只小面积单体直接甲醇燃料电池，在室温下的工作性能很好，说明作者掌握了直接甲醇燃料电池制备过程中的几个关键点，对制备工艺有较好的理解。
对电池电学性能的分析也较深入合理。
论文条理清晰，结论可靠。
（点评教师：朱光明，副教授）第一章绪论1.1 燃料电池概述1.1.1 燃料电池历史、现状与未来燃料电池是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术。
它以电化学反应的方式将燃料不经过燃烧直接由化学能转变为电能。
与一般电池不同，燃料电池所用的燃料和氧化剂并不是贮存在电池内，而是贮存在电池外。
在这一点上，它又与内燃机相似。
因此，燃料电池又被形象的称为“电化学发电机”[1]。
燃料电池具有能量转化效率高；环境污染少，无噪声，操作简便，建设周期短等优点。
其使用灵活性很大，既可大功率集中供电，也可以小功率分散或移动供电。
自本世纪60年代起，燃料电池引起了各国科学家的广泛注意[2]。
随着其本身技术的发展，以及近年来世界范围内的能源危机和环境污染等问题日益严重，燃料电池的研究受到普遍的关注。
美国、加拿大、德国、日本和俄罗斯等经济或科技大国已将燃料电池的开发列为国家发展的一个重要战略目标。
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世界上现有3家主要公司生产全氟离子交换膜，即：美国杜邦公司、
日本旭硝子公司和旭化成公司。它们的离子交换膜产品均为四氟纤维
增强的全氟磺酸、全氟羧酸树脂复合膜，只是在膜结构设计上略有差
异。
1．美国杜邦公司全氟离子交换膜。美国1966年开发出具有良好
化学稳定性、用于燃料电池的全氟磺酸离子交换膜NAFION膜。1981
年，杜邦公司与日本旭硝子公司交换全氟离子交换膜专利许可证，即
美国杜邦公司用全氟磺酸离子交换技术换取了日本旭硝子公司的全
氟羧酸离子交换膜技术，从而相得益彰，使杜邦公司的全氟离子交换
膜真正进入氯碱工业大规模应用的时代。Nafion900系列全氟磺酸与
全氟羧酸高性能复合膜具有高电流效率、较低的膜电阻、膜的耐久性
良好等优点，适于较高浓度碱的生产。目前，已得到广泛应用，已推
广到包括我国等30多个国家、150多个工厂。
杜邦公司全氟离子交换膜起始电流效率很高，有的高达97％，
运转3～4年其电流效率仍可保持在95％以上，膜的机械强度高，但
槽电压比旭硝子、旭化成膜略高（同一槽型比较）。因此，杜邦膜今
后改进的重点是如何进一步降低膜电压，此外，在抗杂质污染膜的开
发方面尚有大量工作要做。
2．旭硝子公司的全氟离子交换膜。旭硝子作为日本主要两家生产有
机氟化物的公司之一，在已实现了各种氟化学品研究开发及生产的基
础上， 1974年开始深入地进行了生产氯碱用的全氟离子交换膜的开
发工作。1975年，由羧酸型全氟聚合物制备的高性能离子交换膜开
发成功，同年制备该种离子膜的中试工厂投产 。1978年开始了名为
FIEMION离子膜电解槽的开发。1978年工业FIEMION氯碱电解装
置也投产运行。1978～1979年，旭硝子公司先后试制生产了F1emion
一230、250、330、430膜。1981年9月与杜邦公司交换离子膜专利
许可证，同年11月高性能F1emion DX膜实现工业生产，并用
FIEMION DX膜装备了AZEC新型电解系统（窄极距电槽），这标志
旭硝子公司全氟离子交换膜取得了极大的成功。1982年以来相继开
发成功F1emion一700系列和800系列膜，又经改型制成Flemion723、
725、733、753等多种牌号膜。
FLEMION DX753是具有羧酸基团层压的离子膜，电化学性能均
匀，有亲水性的表面涂敷了耐腐蚀和非异电性的无机化合物，更适于
窄极距电解槽（如AZEC），另外，还在本体聚合物中加入特殊纤维，
使离子膜强度增强。
旭硝子公司当前最新产品有； F795、893、865、892以及FX50。
F795为高低交换容量的全氟按酸复合膜，F一893为全氟竣酸与全氟
磺酸复合膜，二者均用在AZECF2槽上，F865为大型电槽用膜； F892
为全氟羧酸与全氟磺酸复合膜； FX-50为生产50％高浓度烧碱用膜。
此外，磺酸／羧酸双层复合膜已多有问世。
旭硝子公司最终目标是提供一种能耗低、机械强度适用于任何一
种电解槽及膜性能稳定、长寿命的全氟离子交换膜。
3．旭化成膜。旭化成公司对氯碱生产用离子膜的研究始于1966
年，1975年建成了世界第一家离子膜烧碱工厂，规模为4万吨／年，
使用自行开发的复极槽，采用杜邦公司的全氟磺酸膜NAFION一315，
1976年旭化成公司开发了羧酸／磺酸复合膜，获多项专利，并从1976
年起向国外输出离子膜法电解技术。
70年代后期，旭化成公司开发了从树脂合成到制膜的全氟羧酸
型离子膜生产技术，与杜邦公司合作，开发成功ACIPLEX- F系列新
型离子膜。
80年代研制成F4000系列膜（这种膜由全氟羧酸和全氟磺酸经
过层压而成）。在膜开发上，旭化成公司的谓导思想是维持初期电流
效率在95％以上的同时，如何降低槽电压。他们在新的品种中，通
过聚合物的改良及制膜技术、膜及电解质界面的改良，使槽电压降低
了100mV。再通过补强材料和聚合物改良使膜电压损失再降低20％。
同时，旭化成公司也在研究开发能抗二次盐水杂质污染的膜以及氯中
含氧低及稳定性等强的膜。