氯鹼離子膜

氯鹼離子膜，既全氟離子膜，是交換膜燃料電池和氯鹼工業中最核心的技術材料。但用於交換膜燃料電池和氯鹼工業的氯鹼離子膜不是同一種。氯鹼離子膜是一種特殊的陽離子選擇性透過膜，主要套用於氯鹼工業。在2010年6月30日前，全世界只有美國杜邦和日本旭化成等極少數公司擁有此項技術，並對其他國家進行技術封鎖，在世界形成壟斷,價格昂貴,每平方米進口價近萬元。

基本介紹

• 中文名：氯鹼離子膜
• 用於：交換膜燃料電池和氯鹼工業
• 又名：既全氟離子膜
• 類別：特殊的陽離子選擇性透過膜

膜簡介

氯鹼離子膜，既全氟離子膜，是交換膜燃料電池和氯鹼工業中最核心的技術材料。但用於交換膜燃料電池和氯鹼工業的氯鹼離子膜不是同一種。

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氯鹼離子膜是一種特殊的陽離子選擇性透過膜，主要套用於氯鹼工業。在2010年6月30日前，全世界只有美國杜邦和日本旭化成等極少數公司擁有此項技術，並對其他國家進行技術封鎖，在世界形成壟斷,價格昂貴,每平方米進口價近萬元。

在歷經8年科研攻關，於 2010年6月30日，山東東嶽集團100%國產化的全氟離子膜，在萬噸級氯鹼裝置上一次通電成功，打破了美國、日本長期對該項技術的壟斷。標誌著我國成為全球第三個擁有氯鹼離子膜核心技術和生產能力的國家；而同時，我國自主研發的交換膜燃料電池用氯鹼離子膜也在東嶽集團問世，是我國成為第二個可以自主研發生產交換膜燃料電池用氯鹼離子膜的國家。

工作原理

氯鹼離子交換膜具有陽離子選擇透過性。該膜只允許Na + 等陽離子和水分子透過，其它離子難以透過。 電解時從電解槽的下部往陽極室注入經過嚴格精製的 NaCl溶液，往陰極室注入水。通電後，在陽極室中Cl - 放電，生成 氯氣 ，從電解槽頂部管路導出；同時 Na + 帶著少量水分子透過陽離子交換膜流向陰極室。

在陰極室中 H + 放電，生成 H 2 ，從電解槽頂部另一管路導出。剩餘的 OH - 由於受陽離子交換膜的阻隔，不能移向陽極室，在陰極室里逐漸富集，與從陽極室透過來的Na+形成了NaOH溶液。

隨著電解的進行，不斷往陽極室里注入精製食鹽水，以補充NaCl的消耗；不斷往陰極室里注入水，以補充水的消耗和調節產品NaOH的濃度。所得的鹼液從陰極室上部導出。因為陽離子交換膜能阻止Cl - 通過，所以陰極室生成的 NaOH溶液中含NaCl雜質很少。用這種方法製得的產品比用隔膜法電解生產的產品濃度大，純度高，而且能耗也低，是目前最先進的生產氯鹼的工藝。

製造

氯鹼離子膜的工藝屬於高尖端技術機密，無從獲得，也不可能公布。因此，在此只能簡單介紹其巨觀構成及其原材料。

膜的構造

我國自主研發的氯鹼離子膜，與美國和日本的樹脂擠出成膜法不同，屬於樹脂溶解鑄膜法。

氯鹼離子膜主要由網布和膜組成，網布主要是為了增加強度，膜是關鍵材料，膜的核心材料是磺酸樹脂和羧酸樹脂，是膜的核心技術。

氯鹼離子膜技術最核心的有兩部分，第一部分是單體部分，第二部分是樹脂部分。

膜的主要原材料

離子膜的原材料是螢石，螢石主要成分是氟化鈣，屬不可再生的戰略資源，是發展氟化工的源頭。

全球螢石資源儲量約6億噸，我國儲量就占了54%，居全球第一。

氯鹼離子膜的特性及發展趨勢

由於離子膜電解法因兼有環保和節能等特性，採用離子膜電解法是當今世界最先進的燒鹼生產工藝。離子膜電解槽和離子膜是氯鹼裝置的核心裝置，而其中發揮關鍵作用的是安裝在電解槽上的全氟磺酸羧酸離子膜（簡稱全氟離子膜）。

全氟離子膜的發展趨勢是超薄、增強、摻雜自濕化、各向同性，而在這四方面樹脂溶解鑄膜法均比傳統的樹脂擠出成膜法具有非常明顯的天然優勢。

攻關記事

離子膜，一直是中國人的一個“心結”。作為氯鹼行業不可替代的重要材料，我國一直對離子膜實行零關稅進口。為了消除這一威脅國家經濟安全的隱患，從1980年開始，我國曾將這一技術列入國家“六五”“七五”重大科技攻關計畫，先後投入幾億元資金進行科技攻關。

由於我國基礎新材料的落後和投入機制等問題制約，該項目一直沒有研製成功，被專家稱之為“中國人心中永遠的痛”，攻克該項技術寄託著幾代化工人的追求與探索。

在2002年以前東嶽集團已經有了上游原材料的產業大平台和基礎研究成果；

2002年，東嶽集團開始了離子膜研發；

2004年5月24日，全氟離子交換膜材料研究項目被國家列為“863計畫”重大項目；

2005年9月8日，山東省人民政府召開東嶽集團離子膜項目產業化現場辦公會，離子膜項目被列為舉全省之力支持的山東省高新技術一號工程；

2006年3月19日，東嶽離子膜研究項目順利通過國家“863”計畫項目驗收。

2006年3月27日，在淄博市科技大會上，淄博市委、市政府獎勵“東嶽”科技扶持資金5000萬元。 2006年5月，國家領導人先後視察東嶽，對東嶽自主創新，特別是離子膜研發成功給予了充分肯定和高度評價。

2009年10月17日總書記胡錦濤在東嶽集團視察

2009年9月22日凌晨2：54分，我國完全自主研發的1.4米寬的全氟離子膜在東嶽集團成功下線。

2009年10月17日上午，中共中央總總書記胡錦濤一行來到到東嶽集團視察工作，高度評價東嶽在離子膜研發方面取得的成績。

2010年5月14日，東嶽氯鹼離子膜在中化集團滄州大化黃驊氯鹼廠工業氯鹼生產裝置上實現一次性送電成功。

到2010年6月30日，全氟離子膜成功套用於中化集團滄州大化黃驊氯鹼廠、藍星（北京）化工機械廠和東嶽集團氯鹼裝置，實現市場化套用和國產化替代。 東嶽集團宣布完全自主研發的國產氯鹼工業用的氯鹼離子膜實現產業化，制約我國氯鹼工業安全健康發展的瓶頸由此告破；而自主研發的交換膜燃料電池用氯鹼離子膜也成功實現產業化，標誌著我國成功攻克了氫燃料電池的瓶頸技術。

截至目前，東嶽離子膜在原料、中間體、功能單體、聚合物、功能膜、測試方法、工程技術、裝備技術等方面已經獲得授權發明專利140餘項。