电渗析离子交换膜的种类和特点-海水淡化技术及应用

（一）离子交换膜的种类和特点

离子交换膜是电渗析器的关键部件。它的化学结构与一般的离子交换树脂相同，分为基膜和活性基团两大部分。基膜是具有立体网状结构的高分子化合物，活性基团是由具有交换作用的阳（或阴）离子和与基膜相连的固定阴（或阳）离子所组成。

阳膜的材质通常是磺酸型树脂，活性基团为强酸性的磺酸基——SO3H，它容易离解出H+。阳膜表面有大量的负电基故排斥溶液中的阴离子。

阴膜的材质通常是季胺型树脂，活性基团为强碱性的季胺基——N（CH3）3OH，它容易离解出OH-。阴膜表面有大量的正电基——N（CH3）+3，故排斥溶液中的阳离子。

基膜的立体网状结构的高分子骨架中存在许许多多网孔，这些网孔相互沟通形成微细的、迂回曲折的通道，通道的长度远大于膜的厚度。在电场作用下，溶液中的阳离子可通过阳膜的微细孔道进入膜的另一侧（向阴极方向），阴离子则通过阴膜进入相反的另一侧（向阳极方向）。电渗析器中有许多阳膜和阴膜交错排列，配对成许多个组合。在每一对阳膜和阴膜之间，离子从它的两侧进入，就形成离子集中的浓缩室，而在它的外侧就形成淡化室。

上述两类膜统称为通用膜，是用得最多的。它的缺点是不耐氧化和高温。在两端的电极室，温度较高且有氧化反应，要用特殊材料的离子交换膜、惰性多孔膜或纤维布。此外，还有两性膜，它是将磺酸基团和季胺基团按适当比例混合制得。两性膜具有较好的抗极化性能（而普通阴膜易因极化作用使电阻和电压升高，效率下降）。

通常使用的阴膜为苯乙烯季胺型树脂，较易被水中的有机物污染，使电渗析效率下降。大孔阴膜（膜孔径为0.05～0.15μm）具有一定的抗污染能力。

离子交换膜按膜体结构分为异相膜、均相膜和半均相膜三大类。

异相膜亦称非均相膜，是直接用磨细的离子交换树脂（250目），加入黏合剂制成。其中含有离子交换活性基团的部分与形成膜状结构的部分有不同的化学组成，活性基团分布不均匀。这种膜工艺成熟，价格较低，但黏合剂有将活性基团包住的倾向，膜电阻较大，选择透过性较低。膜的厚度较大，约0.4～0.8mm。

均相膜不含黏合剂，通常是在高分子基膜上直接接上活性基团，或用含活性基团的高分子树脂的溶液直接制得。这种膜中的活性基团分布均匀，膜的整体结构均一。它的厚度小，约0.15～0.3mm，电化学性能好，但价格较高。

半均相膜是将离子交换树脂和黏合剂同溶于溶剂中再形成膜。其外观、结构和性能都介于上述两种膜之间。(www.xing528.com)

国外生产的离子交换膜的品种很多，国内生产的品种亦迅速发展。

（二）离子交换膜的性能

离子交换膜的各项性能是影响电渗析器工作质量的关键因素，对它有严格要求。

树脂膜应平整、均一、光滑，无针孔，厚度要适当，有良好的强度和韧性，能承受一定的压力和拉力。

树脂膜要能承受一定的温度不变形，较多的膜只能用在40℃以下，也有部分膜能耐70℃高温。

树脂膜要能耐受一定酸、碱的侵蚀，适应用稀酸清洗除垢的需要。电极室的隔膜用特殊膜，阳极室膜应能抵抗新生态氯和氧的侵蚀，阴极室膜应能耐碱。

树脂膜应有较高的离子交换容量，这点很重要。膜的交换容量高者，电化学性能好，但强度可能较低。

树脂膜要有良好的导电性。膜的电阻低，电渗析器所需电压也较低，相反则较高。电渗析用面电阻来表示，单位为Ω·cm2（Ω为电阻单位欧姆），整个膜的电阻为面电阻除以膜的总面积。它是在标准浓度的KCl溶液中测出的。

树脂膜要有良好的选择透过性，即它对同名的离子（阳膜对阳离子及阴膜对阴离子）有很高的透过性，让它们畅顺通过；但膜对另一类离子的透过性应尽量少，将它们有效地阻挡隔离。通常，交换容量高和微孔孔径小的膜的选择透过性较好。膜的选择透过度是在一定条件下，离子在膜内迁移数的增加值与理想膜的迁移数的增加值的比例。一般要求实用膜的透过度高于85％。在溶液浓度高时，膜的选择性下降，在此条件工作的膜的选择性要更高。此外，膜对水的透过性也要小，以免降低电渗析的效果。

离子交换膜使用前应保存在湿润的环境或用清水浸泡，以防干燥变形。若保存时间长，需加入少量防腐剂（如甲醛）于水中，防止细菌滋生。