双极膜电渗析的原理及应用
时间：2023-12-29 阅读：952
双极膜电渗析是一种离子交换复合膜 , 它通常由阳离子交换层 (N 型膜) 、界面亲水层 ( 催化层) 和阴离子交换层 ( P 型膜) 复合而成 , 是真正意义上的反应膜。在直流电场作用下 , 双极膜可将水离解 ,在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。利用这一特点 , 将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统 , 能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱 , 这种方法称为双极膜电渗析法。双极膜电渗析法不仅用于制备酸和碱 , 若将其与单极膜巧妙地组合起来 , 能实现多种功能并可用于多个领域。
双极膜是一种新型离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层(N型膜)和阴离子交换层(P型膜)复合而成，由于阴、阳膜的复合，给这种膜的传质性能带来了很多新的特性。
如同P-N结的发现导致了许多新型半导体器件的发明一样，用带有不同电荷密度、不同厚度和性能的膜材料在不同的复合条件下可制成不同性能和用途的双极膜，其应用最基本的原理是，双极膜界面层的水分子在反向加压时发生离解(又称双极膜水解离)，即将水分解成氢离子和氢氧根离子。
由于双极膜是由阴、阳离子交换层复合而成，因此双极膜一层带正电(阴离子交换层)，另一层带负电(阳离子交换层)。由于这种电荷的不对称性，用双极膜代替前述的电渗析的阴、阳膜组成双极膜电渗析时，其行为与电场的方向有关。
双极膜电渗析是在上述的水解离和普通电渗析原理的基础上发展起来的，是以双极膜代替普通电渗析的部分阴、阳膜或者在普通电渗析的阴、阳膜之间加上双极膜构成的。双极膜电渗析的基本应用是从盐溶液(MX)中制备相应的酸(HX)和碱(MOH)。料液进入三室电渗析膜堆，在直流电场的作用下，盐的阴离子(X-)通过阴离子交换膜进入酸室，并与双极膜离解的氢离子生成酸(HX);而盐的阳离子(M+)通过阳离子交换膜进入碱室，与双极膜离解的氢氧根离子形成碱(MOH)：
MX+H2O→HX+MOH
与普通电渗析相比，双极膜电渗析有更多的组合方式，并可根据不同的对象进行选择。利用双极膜生成酸或碱的原理，使电渗析具有很多的应用，如有机酸的生产、酸性气体的脱除、食品和化工中的清洁生产和分离等，因此这一技术对社会的可持续发展具有非同寻常的意义。