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第七章　离子交换膜与电渗析 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。 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。 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 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） 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 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 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 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。 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） 第四节　离子交换膜的主要性能 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 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% 膜电阻：关系工作所需电压和电能消耗，通常越小越好 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 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 电渗析装置 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。 三、电渗析器的级与段 一级一段特点是产水量与膜对数成正比，脱盐率