隔膜法電解

隔膜電解技術是把電滲透技術和電解技術結合在一起的具有綜合功能特性的技術。它廣泛地套用在化工、環保、有色冶金等領域。由於它充分利用兩電極之反應, 並將陽極區和陰極區的反應物和產物分開的功能和優點。在環保領域中能將廢水、廢渣、廢液進行淨化處理, 並回收金屬, 酸鹼等有用物質,因而越來越受到人們的重視。

基本介紹

• 中文名：隔膜法電解
• 套用：化工、環保、有色冶金
• 內容：廢水、廢渣、廢液
• 生產：燒鹼

技術構成

隔膜法電解是目前電解法生產燒鹼最主要的方法之一，所謂隔膜法是指在陽極與陰極之間設定隔膜，把陰、陽極產物隔開。隔膜是一種多孔滲透性隔層，它不妨礙離子的遷移和電流通過並使它們以一定的速度流向陰極，但可以阻止OH-向陽極擴散，防止陰、陽極產物間的機械混合。目前，工業上用的較多的是立式隔膜電解槽。陽極用石墨或金屬，陰極用鐵絲網或沖孔鐵板。當輸入直流電進行電解後，食鹽水溶液中的部分氯離子在陽極上失去電子生成氯氣並逸出。陽極溶液中剩下的鈉離子隨溶液一同向陰極遷移，流入陰極的電解液，其中的氫離子在陰極得到電子生成氫氣自電解槽陰極室逸出。由於氫離子不斷放電析出氫氣，從而進一步促使水電離。溶液中所剩的氫氧根離子與鈉離子形成鹼溶液，與未電解的氯化鈉溶液一起不斷自電解槽中排出。新鹽水不斷得到補充，在電解槽的陽極室進行連續生產。

原理

由於隔膜電解技術在氯鹼工業中得到了廣泛的套用, 故以最新的制鹼工藝———離子交換膜電解法為例來說明
其原理。用一陽離子交換膜分隔電解槽中陰陽極室, 構成兩室電解槽, 向陽極室引入飽和NaCl 溶液, 陰極室引入蒸餾水, 在外加直流電場作用下, 陽極產生氯氣, 陰極上產生氫氣。由於陽離子交換膜的固定基團(R-SO^-₃-)帶負電荷, 它和溶液中的Na⁺離子異性電荷相吸, 結果只允許Na ⁺離子通過, 而對Cl^-離子排斥, 於是Na⁺離子遷入陰極室, 它和OH^- 相結合, 生成NaOH。電極主要反應為:

在陽極室:　　NaCl==Na ⁺+Cl ^- (1)
2Cl==Cl₂ +2e (2)
在陰極室上:
H₂O==H ⁺+OH ^- (3)
2H⁺ +2e ==H² (4)
Na⁺+OH^-==NaOH (5)
以上是利用離子交換膜電解食鹽水生產鹼的原理。

電極反應一般為陰極室的陰極上發生的還原反應, 陽極室中的陽極上發生諸如釋放Cl₂ 的氧化反應。

發展方向

隔膜電解技術關鍵在於隔膜材料, 隔膜材料的高選擇性, 耐酸鹼性和抗氧化性成為影響隔膜使用壽命的一個重要因素。目前隔膜電解技術中所採用的隔膜材料大致有以下幾種:石棉、滌綸布、尼龍篩網膜、素燒陶瓷板、高分子陰陽離子交換膜等。除高分子陰陽離子交換膜外, 別的膜無選擇性, 而且膜電阻很高, 不能實現陰陽極區電解液的有效隔離, 從而使電解產物相混, 雜質離子在電極上放電, 影響了電解效率。而高分子陰陽離子交換膜可以完全避免它們的不足之處, 但是目前隔膜電解所處的體系大都屬於強酸或強鹼, 有的還呈現強氧化性, 而一般的陰陽離子交換膜正好耐酸鹼和抗氧化性能很差, 因此研製能耐酸鹼和抗氧化能力強的高性能離子交換膜, 改進膜的製備工藝, 降低膜的成本就成為今後一個主要研究方向。同時, 無機膜所特有的耐酸鹼性和抗氧化能力強的特點, 因此考慮采
用這種新型的隔膜材料來用於隔膜電解這項技術中, 那么隔膜電解技術將會得到更為廣泛的套用。
雖然隔膜電解技術得到了較為廣泛的套用, 但是其套用範圍還比較有限, 就目前而言, 已實現工業化的有:工業制鹼、鎳的電解精煉、礦漿電解、淨化再生電鍍廢液、合成某些有機化合物等。因此利用隔膜電解技術製取某些重要的化工原料, 擴大礦漿電解的處理對象, 以及擴大處理廢水的種類和製造環保型電池等都將成為這門技術的發展方向。