离子交换膜简介

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 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 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 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 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