右图是全氟离子膜的示意图，可
将其分为三个区域：憎水的碳氟主链 区（A处），由水分子、固定离子、相 对离子及部分碳氟高聚物侧链构成的 “离子簇区”（C区），以及之间的过 渡区域（B区）。全氟离子膜内给离子 簇间形成的网络结构是膜内离子和水 分子迁移过程的唯一通道（如下图）。 由于离子簇的周壁带着负电荷的固定 离子，而各离子簇之间通道既短又窄， 因而对于带负电荷的且水化半径较大 的OH-的阻力远大于Na+，这也是离子 膜具有选择透过性的原理。显然
于pK值，此时离子交换膜中的离子交换基团才能离解。
离子膜的pK值不同，对工作介质的pH范围要求也不
同。例如，强酸性的磺酸离子膜，其离子交换基团离
解度较大，因此pK较小，较易满足pH>pK的条件，即
pH可在较大范围内变化，而膜的导电性能也好。而弱
酸性的羧酸膜，其离解度较小，pK值较大，所以膜外
允许的pH至变化范围较窄，一般只有pH>7时离子交
（2）弱酸性膜，如羧酸（RCOOH），易受pH的影响，适用 于碱性介质中使用（如氯碱工业）
2、阴离子交换膜 带碱性的离子交换基团的离子交换膜，按 解离度的大小，又可分为：
（1）强碱性膜，如季铵型膜，离解度高，广泛适用
（2）弱碱性膜，如仲铵型膜，离解度较低，受pH影响，适用 于酸性介质
离子交换膜的性能
氯碱工业与电解中的离子交换膜
演讲: 课题组成员:林悦炜 张桐
潘金龙 苏宇
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2
工业上制烧碱和氯气的主要原理
传统的氯碱工业生产方法
1、隔膜法（又叫石墨阳极法）
能耗大，寿命短
使用历史久，目前仍在广泛使用。能耗大，阳极石墨损耗快，一般只能使用6-8
个月，并且阳极产生的石墨碎屑严重影响石棉隔膜的使用寿命，石棉隔膜寿命只
下面，从以下几方面浅谈离子交换膜： 1、离子交换膜的结构 2、离子交换膜的分类 3、离子交换膜的性能
离子交换膜
离子交换膜的结构
离子交换膜的化学结构一般表示为： 高分子母体（基膜） 固定离子 活性离子交换基团 可解离离子（相对离子或反离子）
例如：对于R-SO3H 基膜
R-SO3-H
固定离子 可解离离子
会导致副产品Cl2 中含氧量增加。 以上两法电解槽中产生的氯气、氢气含有大量的水分，不能直接使用，需要
经过冷却、干燥和洗涤，然后加压输送毒给！用！户。电解槽出来的烧碱含NaOH 只有
10℅—11℅，并含有大量食盐，还需要经过蒸发并将盐分从碱液中分离。
3、水银法
优点：生产的碱液浓度大，纯度高，可以直接利用。
本法生产所得碱液中食盐含量极微，因而能制得高 质量的烧碱。是一项值得推广的烧碱生产技术。
离子膜法的优点
总投资省 出槽NaOH浓度高，质量好 氯气纯度高含氢、氧量低 能耗低 污染少
为什么 这么完
美?
我有传说中 的离子交换
膜……
中间的隔开阴阳极的选择透过膜就是离子交换膜
离子交换膜
离子交换膜是一种具有离子选择透过性能的高分子功 能膜（或分离膜），也称为离子选择性透过膜。广泛应用 于工业电解，如氯碱工业、水电解、有机电合成，水处理、 电渗析以及化学电源等领域
换基团才离解，因此羧酸膜适宜于碱性溶液中使用。
故离子膜的pK值是决定其工作条件及导电率的重 要因素之一，而膜的pK值则取决于膜的组成和结构，
（2）离子交换膜的交换容量和当量质量
交换容量：1g干膜所含交换基团的毫克当量数
当量质量：等于交换容量的倒数，物理意义是具有1mg当量交换基团 的干膜质量。
离子膜的交换容量取决于离子膜的组成，结构，基膜的交换交联 度，制造工艺等。
有7-8个月。
2、金属阳极法
被誉六为十氯年碱代工发业展的起一产来大物的革纯技命度术。低，特，使点分用是离带对难有电金解属液氧的化分物解涂电层压的低金，属因阳此极，代显替著石降墨耗阳。极，
耐腐蚀性好，具有较高的催化活性。金属阳极的使用寿命长，可达十年、二十年，
甚至更长时间。与前法相比，可使隔膜的寿命延长一倍左右。但是，金属阳极法
当交换容量增大时，膜中交换基团密度大，膜的导电性增加；但 交换容量增加的同时，由于交换基团的亲水性，膜中含水率提高，使 膜中通道膨胀，OH-离子较易通过，即反渗增强，使膜的选择通过性降 低。因此交换容量对膜的性能有多方面影响，使用时应予以全面考虑。
离子交换膜的性能包括化学性能、机械物理性能和电化学性能 1、化学性能 （1）离子交换基团的pK值 它表示交换基团的离解度。若以SH表 示离子交换基团，则其离解平衡及离解平衡常数K为：
g
g
g
g
显然，pK值较小时，基团较易解离，膜的导电性较强。
由式子
g
可以看出，为发挥离子
交换基团的功能，离子膜工作时，膜外溶液的pH须大
C AB
全氟离子膜的离子簇结构示意图
这些通道的长短及宽窄，以及离子簇内 离子的多少及状态，都将影响离子膜传 递离子过程及膜的性能。
离子交换膜的分类
按膜体结构分类
1、非均相离子交换膜 由离子交换树脂粉末与起粘合作 用的高分子材料加工而成，具有不连续的结构，电化学性能差， 但机械性能尚可，最大优点是价廉
基膜是高分子母体，是膜状高聚物，大都由长链状高 分子部分与交联部分形成体型网状结构。但这样构成的基 膜还需要引入活性离子交换基团才能成为离子交换膜。这 些活性基团由等电荷的阳离子和阴离子组成，其中与基膜 相联结、不能解离的离子成为固定离子，而与之平衡的离 子则称相对离子。当膜置于电解质溶液中时，它将电离， 与同种电荷离子发生交换。
缺点：槽电压高，浪费能源，电解槽及汞的价格高，水银（即汞，易挥发，有
剧毒）对环境有严重的污染。
离子交换膜法
看上去不错
是氯碱工业生产的第三代工艺，也是目前氯碱工业 的先进技术。
离子交换膜法是用阳离子交换膜隔离了阳极和阴极棉隔离阳极和阴极，隔离效果差。
2、均相离子交换膜 离子交换树脂与成膜的高分子母体 为一相，因此离子交换基团分布均匀且连续，并具有良好的电化 学性能
按用途分类
1、电解用膜
2、电渗析用膜
3、扩散渗析膜
……
按交换基团分类
1、阳离子交换膜 带酸性的离子交换基团的离子交换膜，按 解离度的大小，又可分为：
（1）强酸性膜，如磺酸（R-SO3H），离解度高，常在盐水 分离中使用。