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阳离子交换膜

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离子交换膜是对离子具有选择透过性的高分子材料制成的薄膜，阳离子膜通常是磺酸型的，带有固定基团和可解离的离子 。

简介

阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，通常是磺酸型的，带有固定基团和可解离的离子，如钠型磺酸型固定基团是磺酸根，解离离子是钠离子。阳离子交换膜可以看作是一种高分子电解质，由于阳膜带负电荷，虽然原来的解离正离子受水分子作用解离到水中，但在膜外通电通过电场作用，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。阳离子交换膜的制备一般采用两种方法：第一是膜本体的修饰，主要是通过调整工艺参数(特别是交联度)制造一个合适的单极膜，在与酸和金属二价盐混合溶液接触时，质子的通量高于金属离子的通量；第二是膜表面处理，包括增加膜表面致密性和在阳膜的表面上沉积一薄的阴离子交换层，产生正电荷，因此产生一个电斥力屏障限制其他价态阳离子相对的渗透。如略增加交联剂，二价离子相对于一价离子的选择性降低。

评价

由于电渗析浓海水制盐的需要，日本在1960年研制成功一价选择性离子交换膜，并且同年旭化成公司成功将膜技术引入制盐工业。1961年，Walton和Jordan开始投身于二价离子在阳离子交换膜存在下的交换平衡的探索，使得离子在膜表面的迁移和平衡理论有了实际参考。Sata在1976年尝试用聚乙烯亚胺改性离子交换膜，并成功地实现了离子交换膜的单价选择。1979年，Sata又用浸渍法对膜进行表面改性处理。1989年，Sata提出用氯磺酸将膜表面磺化，再胺化，这样在膜表面形成一层磺胺键功能基团。这种方法是以化学键的形式将改性物质接枝到膜表面，从而避免了改性物质从膜表面脱落，延长了膜的使用寿命。Takata等再对这个方法做了一些改进，用氯化亚砜将磺酸根转化成磺酰氯，再胺化形成磺酰胺。同年，Sata等用聚吡咯和阳离子膜制备复合膜。受此启发，在2006 年，Gohil将聚吡咯用于膜改性，成功地制备出单价选择性膜.2002年Amara用聚乙烯亚胺为改性物质，分别用浸渍法和电沉积法对两种方法进行比较，得出在低浓度下用浸渍法改性的膜，其选择性能更优越，而在高浓度情况下，电沉积法改性的膜分 离效率更高。2005年Chamoulaud用异戊酰胺作为胺化试剂，胺化形成磺酰胺，将Zn2+离子的通过率降低了20倍。我国是从1958年着手尝试研究离子交换膜的，尽管相对日本和欧美国家起步较晚，但是同样取得了一定的进展。我国在1977年实现将电渗析技术应用于制盐工业。1981年，仉琦等人采用价格低廉、毒性小的有机胺为处理剂，将其应用于电渗析脱盐，发现膜的选择透过性显著增加.虽然国内尚无一、二价选择性离子交换膜的规模化生产，但是这种具有特殊性能的离子交换膜已经得到国内学者们的充分重视，并且在理论上取得了一些突破。