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第九章 膜分离过程 图4—5 食盐生产电渗析器示意图 A：阴离子膜，K：阳离子膜；D：稀室，C：浓室 第六十二页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第九章 膜分离过程 （2）膜电解 膜电解的基本原理可以通过NaCl水溶液的电解 来说明。在两个电极之间加上一定电压，则阴极生 成氯气，阳极生成氢气和氢氧化钠。阳离子交换膜 允许Na+渗透进入阳极室，同时阻拦了氢氧根离子 向阴极的运动，在阳极室的反应是： 2 Na+ + 2 H2O + 2 e = 2 NaOH + H2 在阴极室的反应为： 2 Cl－ － 2 e = Cl2 第六十三页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第九章 膜分离过程 用氟代烃单极或双极膜制备的的电渗析器已成 为用于制备氢氧化钠的主要方法，取代了其他制备 氢氧化钠的方法。 如果在膜的一面涂上一层阴极的催化剂，在另 一面涂一层阳极催化在这两个电极上加上一定的电 压，则可电解水，在阳极产生氢气，而在阴极产生 氧气。 第六十四页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第九章 膜分离过程 3. 电渗析技术应用领域 自电渗析技术问世后，其在苦咸水淡化，饮用 水及工业用水制备方面展示了巨大的优势。 随着电渗析理论和技术研究的深入，我国在电 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。我国的电渗析 装置主要由国家海洋局杭州水处理技术开发中心生 产，现可提供200m3/d规模的海水淡化装置。 第六十五页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第九章 膜分离过程 电渗析技术在食品工业、化工及工业废水的处 理方面也发挥着重要的作用。特别是与反渗透、纳 滤等精过滤技术的结合，在电子、制药等行业的高 纯水制备中扮演重要角色。 此外，离子交换膜还大量应用于氯碱工业。全 氟磺酸膜（Nafion）以化学稳定性著称，是目前为 止唯一能同时耐40％NaOH和100℃温度的离子交换 膜，因而被广泛应用作食盐电解制备氯碱的电解池 隔膜。 第六十六页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第九章 膜分离过程 全氟磺酸膜还可用作燃料电池的重要部件。燃 料电池是将化学能转变为电能效率最高的能源，可 能成为21世纪的主要能源方式之一。经多年研制， Nafion膜已被证明是氢氧燃料电池的实用性质子交 换膜，并已有燃料电池样机在运行。但Nafion膜价 格昂贵（700美元/m2），故近年来正在加速开发磺 化芳杂环高分子膜，用于氢氧燃料电池的研究，以 期降低燃料电池的成本。 第六十七页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第九章 膜分离过程 4.4.6 渗透蒸发技术 1. 渗透蒸发技术和渗透蒸发膜的特点 渗透蒸发是近十几年中颇受人们关注的膜分离 技术。渗透蒸发是指液体混合物在膜两侧组分的蒸 气分压差的推动力下，透过膜并部分蒸发，从而达 到分离目的的一种膜分离方法。可用于传统分离手 段较难处理的恒沸物及近沸点物系的分离。具有一 次分离度高、操作简单、无污染、低能耗等特点。 第六十八页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第九章 膜分离过程 渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性透过 来分离液体混合物。其原理如图4—6所示。由高分 子膜将装置分为两个室，上侧为存放待分离混合物 的液相室，下侧是与真空系统相连接或用惰性气体 吹扫的气相室。混合物通过高分子膜的选择渗透， 其中某一组分渗透到膜的另一侧。由于在气相室中 该组分的蒸气分压小于其饱和蒸气压，因而在膜表 面汽化。蒸气随后进入冷凝系统，通过液氮将蒸气 冷凝下来即得渗透产物。渗透蒸发过程的推动力是 膜内渗透组分的浓度梯度。 第六十九页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第四章 高分子分离膜与膜分离技术 图4—6a 渗透蒸发分离示意图(真空气化) 第七十页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第四章 高分子分离膜与膜分离技术 图4—6a 渗透蒸发分离示意图(惰性气体吹扫) 第七十一页，共一百二十二页，2022年，8月28日 第四章 高分子分离膜与膜分离技术 渗透蒸发操作所采用的膜为致密的高分子膜。 描述渗透蒸发过程的两个基本参数是渗透通量J （g/m2.h）和分离系数α。 α的定义为：