离子交换膜传质过程中电化学特性的研究_张文娟
2020届高考化学二轮复习教师用书：微专题五 离子交换膜在电化学中的应用 Word版含解析
离子交换膜在电化学中的应用[知识必备]离子交换膜在原电池和电解池中均有较广泛的应用，且常出常新。
1．离子交换膜的功能使离子选择性定向迁移，其目的是平衡整个电解质的离子电荷守恒。
2．交换膜在电化学中的作用(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(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Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯，防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。
(2)用于物质的分离、提纯等。
(3)用于制备纯净的物质。
3．离子交换膜的类型根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现过阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。
阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过，另外还有特殊离子交换膜，只允许相应的离子通过。
4．离子交换膜类型的判断根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。
(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。
(3)在利用电解原理制备物质时，选择离子交换膜的类型，既要考虑阴、阳极电极反应式，同时也要考虑产品室和原料室在装置图中的位置。
如：利用电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3，装置图如下：阳极室放出O2，消耗OH－余出H＋，则H＋应向产品室移动，阴极室放出H2，消耗H＋余出OH－，则原料室中的Na＋应向阴极室移动，B(OH)－4应向产品室移动，所以a膜、c膜为阳离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，选择离子交换膜时产品室和原料室的位置也起到关键性的作用。
[例1](2018·全国Ⅰ，节选)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛，生产Na2S2O5通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。
制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
高中化学【隔膜在电化学中的功能】
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，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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3．离子交换膜选择的依据离子的定向移动。
4．离子交换膜的应用1．用下面的装置制取NaOH、H2和Cl2，此装置有何缺陷？答案缺陷1：Cl2和H2混合而引起爆炸；缺陷2：Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量。
2．用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用有哪些？答案(1)平衡电荷，形成闭合回路；(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸；(3)避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；(4)避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
每小题有一个或两个选项符合题意。
1．已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数之比。
现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。
下列说法正确的是()A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同B．能量转化形式不同C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质答案 C解析Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应、负极反应和正极反应式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，电流效率降低，而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多，右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩，Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。
电化学中的膜问题
4 H2O+4e–=2H2+4OH-
Na+ SO42－
2 H2O–4e–=O2+4H+
A．通电后中间隔室的SO42－离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C．负极反应为2 H2O–4e–=O2+4H+，负极区溶液pH降低 D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成
硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳
极室与产品室，其缺点是 H3PO4 杂质。该杂质产生的原因是
。
H2PO2-或H3PO2被氧化
【活动探究三】判断离子交换膜的类型
[例3] 四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、 阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只
2.电解池中可以利用交换膜进行什么操作？
在电解池中可以利用离子交换膜进行物质的制备、分离、提纯。
【活动探究二】交换膜在电解池中பைடு நூலகம்应用
【例2】(2016.新课标I卷,11) 三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理 如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作 用下，两膜中间的Na+和SO42－可通过离子交换膜，而两端隔室中离子
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，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。
反电渗析法盐差能发电用离子交换膜研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第1期·224·化工进展反电渗析法盐差能发电用离子交换膜研究进展邓会宁1，何云飞1，胡柏松2，冯妙1（1河北工业大学海洋科学与工程学院，天津 300130；2河北工业大学化工学院，天津 300130）摘要：利用海洋盐度差产能发电的反电渗析（reverse electrodialysis，RED）技术具有清洁、可持续、无污染、能量密度高等优点。
离子交换膜是RED系统中的核心部件，膜的电化学和物理化学特性决定了RED的发电性能。
本文介绍了RED发电过程对离子交换膜的性能要求，总结了影响RED发电性能的离子交换膜关键性能指标。
并综述了基于新材料的离子交换膜、电场定向膜、有机-无机纳米粒子复合膜、表面具有微结构离子交换膜、单价选择性离子交换膜等目前RED专用离子交换膜的制备和改性方法，以及制得离子交换膜的RED发电相关性能。
最后，对RED用离子交换膜的研究趋势进行了展望，指出将膜制备和RED装置特点结合，并利用流体力学模拟等手段进行结构优化，是RED专用膜研究的方向之一；从膜表面特性调控方面提高离子交换膜在天然水中的耐污染性，是RED研究的另一重要方向。
关键词：反电渗析；再生能源；离子交换膜；电化学；选择性中图分类号：TQ152 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）01–0224–08DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.01.029Progress in ion exchange membranes for reverse electrodialysisDENG Huining1，HE Yunfei1，HU Baisong2，FENG Miao1（1School of Marine Science and Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China；2School of Chemical Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China）Abstract：The technology of reverse electrodialysis（RED） generates electricity from salinity gradients of river and seawater. It has the advantage of clean，sustainable and high power density. Ion exchange membranes（IEMs） are the key element of the RED setup，their electrochemical and physicochemical properties determines the power generation performance of the process.This review described the requirements of membrane properties and summarized the key characteristics of ion exchange membranes that impact the power generation performance. In addition，the current preparation and modification methods for ion-exchange membranes specially used in RED，such as morphologically aligned IEMs，organic–inorganic nanocomposite IEMs，profiled IEMs and monovalent-ion-selective IEMs and their RED power generation performances were reviewed. Simultaneously，the research trends of IEMs for RED were prospected. Combining IEM preparation with other component of RED equipment and optimizing the performance with tools as hydrodynamics simulation is one of the directions of IEM research. The other potential direction is the research on anti-fouling membrane.Key words：reverse electrodialysis；renewable energy；ion exchange membranes；electrochemistry；selectivity随着不可再生能源的枯竭，化石燃料价格持续上涨，同时人们对环境的要求不断提高，因此对可再生能源的需求越来越大。
离子交换膜的发展态势与应用展望
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第6期·1774·化 工 进 展离子交换膜的发展态势与应用展望葛倩倩，葛亮，汪耀明，徐铜文（中国科学技术大学化学与材料学院，安徽 合肥 230026）摘要：基于离子交换膜的电膜技术，由于其独特的离子传递特性，可以用于离子物系的分离、分级，在清洁生产、节能减排、能量转换等方面有着广泛的应用前景。
本文综述了离子交换膜的制备、应用过程以及组件设计等方面的前沿性进展，并对亟待解决的问题和未来的发展方向作了展望。
关于膜的制备，提出了从二相到三相、从致密到微孔的新型离子交换膜结构，开发了电纳滤膜并用于一价或多价离子的分离，通量和选择性均得到提高，实现了膜功能的多样化。
在应用过程中，实现了扩散渗析和电渗析过程的集成，分离效果优越，生产成本降低。
同时对膜组件进行优化，设计开发出新型的卷式组件，克服了传统板式组件的诸多缺陷。
值得一提的是，离子分离膜的应用领域也由初级水处理扩展到复杂物料的分离与纯化。
以上研究成果将为离子交换膜的发展提供指导，加快其工业化进程。
关键词：离子交换；电渗析；扩散渗析；电纳滤；传质；分离中图分类号：TQ 028 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）06–1774–12 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.06.018Perspective in ion exchange membranesGE Qianqian ，GE Liang ，WANG Yaoming ，XU Tongwen（School of Chemistry and Materials Science ，University of Science and Technology of China ，Hefei 230026，Anhui ，China ）Abstract ：Due to the special ion transfer characteristic in ion exchange membranes （IEMs ），theprocesses based on them such as electrodialysis and diffusion dialysis can achieve the separation andclassification of the ions ，which are found more and more important applications in the clean production ，energy-saving and emission reducing ，etc . This paper reviews the frontier progress in the preparation ，application of IEMs and the corresponding modules. Additionally ，the problems to be solved and the future development are also directed. For the membrane preparation ，the novel IEMs structures such as the three phase structure derived from two phase structure ，the porous structure derived from dense structure and the electro-nanofiltration are developed herein. The obtained membranes exhibit both high flux and high selectivity ，diversifying membrane functions. For the applications of IEMs ，the integration of electrodialysis and diffusion dialysis is reported ，resulting in better separation effect and lower cost. In the meantime ，the membrane module is optimized and a novel spiral wound membrane module is developed ，which has overcome the drawbacks of traditional plate counterpart. It is worth mentioning that the application fields of IEMs are also expanded from primary water treatment to the separation and purification of complex waste solutions. The progress第一作者：葛倩倩（1990—），女，博士研究生，从事离子交换膜的制备与表征。
离子交换膜的研究进展
离子交换膜的研究进展耿道静【摘要】随着研究的不断深入和离子交换膜在一些领域中的针对性应用,对离子交换膜的制备方法和改性得到了较大的发展,本文从分类、基本制备方法和改性研究对离子交换膜做了简要概述.【期刊名称】《西部皮革》【年(卷),期】2017(039)004【总页数】4页(P2-5)【关键词】异相离子交换膜;均相离子交换膜;制备;改性【作者】耿道静【作者单位】青岛科技大学化工学院,山东青岛266042【正文语种】中文离子交换膜是一种含有活性离子交换基团、对离子具有选择透过能力的膜状离子交换树脂，它由高分子骨架、固定基团及基团上可移动离子三部分组成。
按所带电荷种类的不同，离子交换膜可分为阳离子交换膜和阴离子交换膜[1]。
离子交换膜按照活性基团与高分子骨架结合方式的不同，又可分为异相离子交换膜和均相离子交换膜。
离子交换膜源于1890年Ostwald对半透膜的研究，真正关于离子交换膜的研究始于1925年Michaelis和Fujita对均相弱酸性火胶棉膜的研究。
20世纪70年代，美国Dupont公司开发了稳定性很高的全氟磺酸和羧酸复合膜，使离子交换膜在燃料电池中实现大规模应用。
但国内对离子交换膜的研究起步较晚，20世纪50年代一些科研单位将离子交换树脂研磨成粉，经过再加工制得异相离子交换膜。
离子交换膜在电渗析中可对水性和非水性电解质体系进行浓缩或稀释，在扩散渗析中可对废酸或碱溶液进行酸碱回收[2]。
近年来，离子交换膜和电渗析技术在工业领域的特种分离方面应用已经引起了学术界的广泛研究。
本文分别从异相离子交换膜的制备与改性、均相离子交换膜的制备与改性两个方面对离子交换膜作简要概述。
异相离子交换膜是由将带有官能团的离子交换树脂粉末与热塑性高分子主体以非化学键的形式结合在一起而形成的一种连续薄膜。
异相离子交换膜中离子交换基团分布不均匀、不连续，使膜的离子交换能力较差，使用寿命较短。
但由于异相离子交换膜的制备工艺简单、机械性能稳定、组装简单和成本较低等优点在各个领域中被广泛应用。
全氟磺酸离子交换膜的制备与性能研究
上海交通大学硕士学位论文全氟磺酸离子交换膜的制备与性能研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：高分子化学与物理指导教师：刘燕刚;张永明20050101全氟磺酸离子交换膜的制备与性能研究摘 要本文使用四氟乙烯合成了一系列交换容量不同全氟磺酸树脂采用溶液浇铸的方法制得了单层全氟磺酸离子交换膜和双IEC值膜层的全氟磺酸溶合膜PSAIMµç»¯Ñ§ÐÔÄÜÒÔ¼°»¯Ñ§Îȶ¨ÐÔTGA测试结果表明PSAIM膜中存在微观相分离,该膜具有三个热转变温度离子簇区和结晶区不同的成膜温度和溶剂对离子膜的力学性能影响较大使用溶剂参数较大的溶剂得到的膜的强度高提高成膜温度有利于制成高强度膜侧链的密度增大结晶的完善程度降低而且离子簇的衍射强度升高与之相对应溶胀度和膜电导率增大SEM研究表明溶合膜不存在明显的物理界面过渡层首次用溶合的方法制备出双层离子交换膜结果表明两种IEC值相差较大的膜相互溶合时溶胀度性能介于两种单层膜之间含水率而选择透过度比单层膜都小这是因为溶合产生新的过渡层影响了结晶和离子簇的形成全氟磺酸树脂溶合膜性能ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＴＵＤＹ ＯＦ ＰＥＲＦＬＵＯＲＯＳＵＬＦＯＮＩＣＡＣＩＤ ＩＯＮ ＥＸＣＨＡＮＧＥ ＭＥＭＢＲＡＮＥ （ＰＳＡＩＭ）ＡＢＳＴＴＲＡＣＴA series of Perfluorosulfonated resin of different IEC was synthesized in lab via copolymerization of tetrafluoroethylene, perfluorosulfonated and perfluoro [2-(2-fluorosulfonylethoxy) propyl vinyl ether]. After that, kinds of perfluorosulfonic acid solution were made with different solvent. Then single-layer perfluosulfonic acid ionic membranes (PSAIM) and layer-cast membranes were made through solution-cast method.PSAIMs show excellent mechanical, electrochemical and chemical-resistant properties, which are comparable to that of Nafion® NR-112. Analysis of TGA shows the membrane has excellent thermo-stability, i.e. the decomposition temperature ups to ~400ºC. The DSC plot shows three transition temperatures that are respond to the amorphous region, ionic clusters and the crystallization phase respectively. Temperature and solvent have good influence of mechanical properties of the membranes. The higher temperature and the solvent with larger solubility parameter result in the better mechanical properties of the membranes.With the increase of the IEC, the density of the pedants of the molecules increases. Then the degree of the crystallinity in the PSAIMdecreases and the perfection of the crystal becomes low. Simultaneously, the proportion of the amorphous region becomes high, and the intensity of the reflection of XRD increases. Consequently, the water content, linear expansion and conductivities of single-layer membranes increase, and permselectivity and stress strength decrease.The result of SEM shows that thermopressed bi-layer PSAIM has obvious physical interface. But bi-layer-cast PSAIM (B-PSAIM) has no such interface, which indicates that the two layers combine at the molecular level.The B-PSAIM has new features that the single-layer PSAIM has not. When the combined membrane is made from two membranes with greatly different IEC, many properties such as water content, linear expansion, permselectivity, and stress strength are more influenced by the layer with higher IEC. When the two layers have the similar IEC, the water content, the linear expansion and the conductivity of the combined membrane are higher than those of the single ones, but the permselectivity is lower. It is because that the combination changed the even structure of the main part of the PSAIM and greatly influenced the formation of the crystal and the clusters.KEY WORDS:perfluorosulfonated resin, ionic exchange membrane, layer-cast membrane, preparation, propertyⅢ＃口上海交通大学学位论文原创性声明水＾ⅫｉＪ“月：Ｍ‘１女∞｛＆＊女，Ｍ￥＾＆＊㈨∞指ＨＦⅫ女ｍ行＂ＲＩ”＊Ｈ褂∞ｍ＊。
astom离子交换膜
astom离子交换膜
Astom离子交换膜是一种用于离子交换的薄膜材料。
离子交换膜是一种特殊的聚合物薄膜，具有高度选择性地阻止溶液中特定离子的传递，同时允许某些其他离子通过。
Astom离子交换膜可以用于各种应用，包括水处理、电池、燃料电池和其他离子交换过程。
Astom离子交换膜具有以下特点：
1. 高离子选择性：Astom离子交换膜可以根据需要选择特定的离子通透性，从而对溶液中的离子进行选择性过滤。
2. 高稳定性：Astom离子交换膜对酸、碱和高温具有良好的稳定性，能够在极端条件下保持性能稳定。
3. 高传递效率：Astom离子交换膜具有低电阻和高传递效率，可以快速传递离子。
Astom离子交换膜适用于许多行业和应用领域，例如：
1. 水处理：用于去除溶液中的重金属、有害离子和杂质。
2. 燃料电池：用于电池中的离子传导和反应速率控制。
3. 电解过程：用于离子交换、电流传递和电解质分离。
4. 生物科学：用于蛋白质纯化、离子提取和分离。
总之，Astom离子交换膜是一种功能强大、高选择性和高效率的离子分离材料，可以在许多领域中发挥重要作用。