离子膜烧碱的发展及现状.ppt

离子膜烧碱的发展及现状 电解法制烧碱的方程式 在生产烧碱的离子交换膜工艺中，具有选择渗透性的阳离子交换膜安装在阳极和阴极之间当盐水在阳极室循环和碱液通过阴极室的时候进行电解。 根据下面的反应方程式可知氯气在阳极室产生，氢气和烧碱在阴极室产生. 阳极: Cl- → 1/2Cl2 + e- 阴极: H2O + e- → 1/2H2 + OH- 方程式: NaCl + H2O → NaOH +1/2Cl2 + 1/2 H2 氯化钠被电离成钠离子和氯离子。 氯离子在阳极室放电转变为氯气。同时钠离子通过离子交换膜移到阴极室。在阴极室， 水变为氢气和氢氧根。 钠离子和氢氧根结合生成氢氧化钠。 (如图下所示)上面的主要反应和传统的隔膜工艺本质上是相同的。 膜的构造及膜的工作原理 70年代以后随着现代检测手段（透射显微镜、小角x-射线散射）的发展，膜的内部结构逐步备揭开。发现离子膜内存在大量的离子聚集态——离子簇。离子簇是全氟离子膜中扩散、电迁移过程的唯一通道。（离子膜中大体分三个区A区为碳氟骨架区、C区为固定离子集团对应离子和水的富集区、B区是含少量水分子固定离子和对应离子的过渡区。离子膜中B、C区共同构成离子簇。 离子膜是全氟磺酸全氟羧酸复合膜。 全氟磺酸膜导电性强，但选择性差。全氟羧酸膜导电性差，选择性强 为了克服彼此的缺点充分发挥不同膜的特性，提高电流效率同时降低槽电压，所以将全氟磺酸膜，全氟羧酸膜复到一起，做成现在我们使用的离子膜。 R——SO3 ——Na+ R--------COONa+ 在离子膜中磺酸基团，羧酸基团由于有亲水性，吸水后形成许多微细弯曲的通道即离子簇通道。在电场力作用下离子簇中的钠离子可以与电解液中的钠离子交换是钠离子通过膜。由于磺酸、羧酸基团带有负电荷对带有负电的氯离子、氢氧根离子有排斥能力，不能大量通过。钠离子迁移过程中伴有水的迁移。此外由于浓度差引起的扩散作用，使少量氯离子迁移到阴极室，氢氧根离子迁移到阳极室。 膜横截面电镜显微图 电解法制碱的方法 一、隔膜电解制碱 隔膜法采用的主要设备是隔膜电解槽，其特点是用多孔渗透性的隔膜将阳极室和阴极室隔开，隔膜阻止气体通过，而只让水和离子通过。这样既能防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合而引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。 隔膜法的缺点主要是投资和能耗较高，产品烧碱中会含有杂质食盐。且石棉隔膜寿命短又是致癌物质。 二、离子膜电解制碱 此法主要设备电解槽，采用具有选择性的离子交换膜将阳极室和阴极室隔开，阳离子交换膜只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过，这样既能防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合而引起爆炸，又能避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠而影响烧碱的质量。离子交换膜法在建设费用、电能损耗、产品质量和解决环境污染等方面都比隔膜法、水银法优越，被公认是现代氯碱工业的发展方向。 三、水银电解制碱 此法采用的主要设备电解槽是由电解室和解汞室组成，其特点是以汞为阴极，得电子生成液态的钠和汞的合金。在解汞室中，钠汞合金与水作用生成氢氧化钠和氢气，析出的汞又回到电解室循环使用。优点是制得的碱液浓度高、质量好、成本低。 水银法的最大的缺点是会带来汞对环境的污染。所以此法已逐渐减少使用。 日本在上世纪50年代末发生了”水俣”事件，是汞中毒事件。1985年日本淘汰了所有水银法电解装置。 水俣病实际为有机汞的中毒。患者手足协调失常，甚至步行困难、运动障碍、弱智、听力及言语障碍、肢端麻木、感觉障碍、视野缩小；重者例如神经错乱、思觉失调、痉挛，最后死亡。发病起三个月内约有半数重症者死亡，怀孕妇女亦会将这种汞中毒带给胎中幼儿，令幼儿天生弱智。 上世纪50年代初，在日本九州岛南部熊本县的一个叫水俣镇的地方，出现了一些患口齿不清、面部发呆、手脚发抖、神经失常的病人，这些病人经久治不愈，就会全身弯曲，悲惨死去。这个镇有4万居民，几年中先后有1万人不同程度的患有此种病状，其后附近其他地方也发现此类症状。经数年调查研究，于1956年8月由日本熊本国立大学医学院研究证实，这是由于居民长期食用了八代海水俣湾中含有汞的海产品所致。 氯碱技术的发展 19世纪末电解食盐水法生产烧碱实现工业化。当时先后出现了隔膜法和水银法两种制碱方法。 1890年第一座隔膜法电解制氯工厂在德国开工（利用氯化钾），标志隔膜法开始工业化应用。1893年纽约首先生产出商品氢氧化钠。 1956年我国自己设计开发的石墨阳极吸附隔膜电解槽首先在上海天原化工厂投产，标志我国掌握了隔膜电槽的开发生产