双极膜

双极性膜

双极膜亦称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和OH-离子源。双极膜按宏观膜体结构分可分为均相双极膜和异相双极膜。

研发进展

双极膜虽然是一种新膜(与其他高分子膜200余年发展历史相比而言)，但它的研究可追溯到50年代中期。其发展过程可划分为三个阶段：第一阶段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膜直接压制，性能很差，水分解电压比理论压降高几十倍，应用研究是以水解离为基础的实验室阶段；第二阶段从80年代初至90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得到了成功应用，这一阶段出现了商品双极膜；从90年代初至今，是双极膜得到迅猛发展的时期，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，使制得的双极性膜在性能上有较大提高，其中主要是对阴膜和阳膜接触界面的改进，从最初简单的“层压型”或“涂层型”结构到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。在此领域研究较深入的国家有美国、日本、前苏联和德国；我国在双极膜的研发工作从上世纪90年代才开始，起步比较晚，直到近几年才出现了商品化双极膜。双极膜的应用从化工行业已扩展到生命科学、环境科学和能源等诸多相关国际民生行业中，作为一种新型工具来解决这些领域中久有的技术难题。

制备方法

阴、阳离子交换膜层热压成型法

这种方法的基本过程是将干燥的阴、阳离子交换膜层叠放在用聚四氟乙烯薄膜覆盖的不锈钢板中，排除内部气泡，加热加压制得双极膜。由这种方法制得的双极膜，可能会因为阴、阳两膜层的相互渗透，固定基团的静电相互作用，在中间界面层形成高电阻区域，使双极膜的工作电压升高。

阴、阳离子交换膜层粘合成型法

这种方法的基本过程是用粘合剂分别涂覆阴、阳离子交换膜的内侧，然后叠合，排除内部的气泡和液泡，经干燥而得双极膜。也可将制得的双极膜通过加热加压进一步增强两膜层间的粘合力。为了减小双极膜的工作电压，所用的粘合剂应该是可渗透的粘合剂，如聚乙烯亚胺、环氧氛丙烷及双酚丙烷系环氧化合物在甲醇中反应所得粘稠物，或苯乙烯磺酸与二乙烯苯的部分共聚物等有机物以及Cr(NO3)3、三氯化钌、硅酸钠、磷酸铟等无机电解质溶液。粘合剂层的厚度应以两膜层有足够粘合强度为宜，太厚将使双极膜的电阻增大、工作电压升高。

一膜层在另一膜层上流延成型法

这种制备方法的基本过程是在阴离子交换膜层上覆盖一层分散有阳离子交换树脂的聚合物溶液，或者在阳离子交换膜层上覆盖一层分散有阴离子交换树脂的聚合物溶液，经干燥而制得双极膜。也可以直接用液态的离子交换材料，如二-( 2-乙烯基-己基) -焦磷酸、三辛基甲基氯化铵等，代替离子交换树脂分散的聚合物溶液。为了使两膜层能结合紧密，在覆盖前可对阴膜层或阳膜层的表面进行粗糙化处理，如砂纸打磨，表面压花( 纹)，等离子体表面蚀刻等。

基膜两侧分别引入阴、阳离子交换基团法

这种制备方法的基本过程是在聚合物基膜两侧分别用化学反应方法引入阴、阳离子交换基团而制得双极膜。比如，将聚乙烯膜浸吸苯乙烯、二乙烯苯及过氧化苯甲酰的混合溶液制得基膜，通过覆盖保护的方法，一侧氯磺化、水解得阳膜层，另一侧氯甲基化、胺化得阴膜层。

该法很关键的一项技术是要控制好阴、阳膜层的厚度并且使两者的界面平行于膜表面且两者不相互渗透。所以基膜必须均质平整，同时对磺化时间和氯甲基化时间加以控制。这种方法制得的双极膜，即使工作相当长时间后，也不会在两膜层出现气泡或液泡，两膜层不会分离，离子交换基团基本不会损失。

一膜层在另一膜层上电沉积成型法

这种制备方法的基本过程是将离子交换膜组装在电解槽中，电解液里悬浮电性相反的离子交换树脂粉末，通直流电使树脂粒子沉积在膜的表面形成双极膜。有研究者发现，沉积在膜表面的树脂粒吸着牢靠，即使倒换电极方向或者通入浓盐水，树脂粒子也不会轻易脱落。

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