利用双极膜电解回收硫酸钠研究
摘要：从理论和应用研究两方面较为全面地综述近些年双极膜电渗析技术的发展以及硫酸钠回收的工艺比较分析。阐述了双极膜电解在水迁移、离子迁移等过程中的进展，它的出现改变了传统工业分离和制备过程，为解决环境、化工、生物、海洋化工等领域中的技术难题带入新的生机和活力，同时为解决人类面临的环境、资源、能源等问题提供了有效手段。
关键词：双极膜；水解离；电渗析
引言
双极膜是一种具有特殊功能的离子交换膜，它在电场作用下其中间层发生水解离，产生H 和OH-离子。而双极膜电渗析技术就是将这种特殊功能复合到普通电解中，从而可以实现即时酸和碱的生产与再生，或酸化或碱化。该技术可以广泛应用于食品加工、化工合成和环境保护等领域，由于其技术先进性、经济竞争性和环境友好性，双极膜电渗析技术[1]被誉为一种可持续发展的技术。将双极膜电渗析技术应用于传统有机酸或有机碱的生产或再生过程中，不仅可以实现有机酸盐或有机碱盐的转化，而且产生的NaOH或HCl可以回用于生成过程中。近15年来，电渗析在水的脱盐淡化，制盐等领域增长率保持在15%左右，其中以水的脱盐规模最大，其次是超纯水的制备。这些领域都已经成熟，且市场容量接近饱和，所以发展新的应用领域非常必要。目前国外已经把研究和开发的重点转移到水解离技术和水压渗技术上，水解离技术成为目前市场增长率最快的生长点，所以以双极膜为基础的水解离技术已成为电渗析技术目前研究和应用的首要目标。
- 国内外对于双极膜电解研究现状
近年来由阴阳离子交换层复合而兴起的双极膜发展迅猛，以其独特的性能在膜技术领域独树一帜。双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层（N型膜）、界面亲水层（催化层）和阴离子交换层（P型膜）复合而成，是真正意义上的反应膜。其在国外已商品化，并形成了多个关于双极膜制备方面的专利。
有关双极膜的研究报道自20世纪50年代中期就出现，其发展过程可划分为三个阶段：第一阶段20世纪50年代中期至80年代初期，这是双极膜发展十分缓慢的时期，双极膜仅是由两片阴阳离子交换膜直接压制而成，性能很差，水分解电压比理论压降高几十倍，应用研究还处在以水解离为基础的实验室阶段；第二阶段从20世纪80年代初至90年代初，由于双极膜制备技术的改进，成功地研制了单片型双极膜，其性能大大提高，已经在制酸碱和脱硫技术中[2]得到了成功应用，这一阶段出现了商品双极膜。从20世纪90年代初至今，是双极膜迅速发展的时期，随着对双极膜工作过程机理的深入研究，从膜结构、膜材料和制备过程上进行了重大改进，使双极膜的性能有了较大提高，其中主要是对阴膜和阳膜接触界面的改进，从最初简单的“压层型”或“涂层型”结构到20世纪80年代初开始出现的“单片型”结构，随后又出现带有中间“催化层”的复杂结构，大大降低了膜电压。双极膜电渗析技术在优化传统工业过程和新的工业过程中发挥了独到的作用[3]。它的出现改变了传统工业分离和制备过程，为解决环境、化工、生物、海洋化工等领域中的技术难题带入新的生机和活力，同时为解决人类面临的环境、资源、能源等问题提供了有效手段。
2.双极膜电渗析的结构及工作原理
在直流电场作用下，溶液中带正电荷的阳离子向阴极方向移动到阳膜，受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入右侧的浓缩室。带负电荷的阴离子，向阳极方向移动到阴膜，受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入左侧的浓缩室。淡化室盐水中的氯化钠被不断除去，得到淡水，氯化钠在浓缩室中浓集[4]。双极膜可将水离解，在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。利用这一特点，将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱，这种方法称为双极膜电渗析法[5]。双极膜电渗析法不仅用于制备酸和碱，若将其与单极膜巧妙地组合起来，能实现多种功能并可用于多个领域。
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