双极膜怎么“绕”都绕不开的电渗析

双极膜 是一种离子交换膜，自上个世纪以来已经实现了产业化，并在化工、环保、食品、能源等领域广泛应用。

双极膜电渗析技术利用 离子交换膜 的独特性质。在直流电场的作用下，阳离子交换膜只允许阳离子通过，而阴离子交换膜只允许阴离子通过。

双极膜的两侧分别具有 阳离子交换层 和 阴离子交换层 ，这种特殊结构使得阴阳离子无法穿透膜层。同时，双极膜能够将水分子H2O电离成 H+ 和 OH- ，H+离子从阳极交换层迁移出来，而OH-离子从阴极交换层迁移出来。

    01 .   双极膜电渗析技术原理

它可以与阳离子交换膜和阴离子交换膜一起组成 电渗析单元 ，也可以分别与阳离子交换膜和阴离子交换膜组成渗析单元。

1）双极膜 + 阳离子交换膜 + 阴离子交换膜：

当直流电场施加在该系统上时，阳离子交换膜只允许 阳离子M+ 从盐室移动到阴极室，同时阴离子交换膜只允许 阴离子A- 从酸室移动到阳极室。

如图所示， 阳离子M+ 在电场作用下向阴极方向迁移，穿过阳离子交换膜，并与碱室中电离出来的 OH-结合成碱 。同时，阴离子A-向阳极方向迁移，通过阴离子交换膜，并与酸室中电离出来的 H+结合成酸 。这样，盐室中的盐被分解为酸和碱，这种方式特别适用于强酸强碱盐的分离应用。

2) 双极膜+阳离子交换膜

如图所示， 阳离子M+ 穿过阳离子交换膜，并与碱室中电离出来的 OH-结合成碱 。同时，盐室中剩余的阴离子A-与电离出的 H+形成酸 。这样，盐室中就会存在 盐和酸的混合物 。这种配置适用于强碱弱酸盐的分离和碱回收。

3) 双极膜+阴离子交换膜

如图所示， 阴离子A- 穿过阴离子交换膜，并与酸室中电离出来的 H+结合成酸 。同时，盐室中剩余的阳离子M+与电离出的OH-形成碱。这样，盐室中就会存在 盐和碱的混合物 。这种配置适用于弱碱强酸盐的分离和酸回收。

    02 .   双极膜电渗析器

双极膜电渗析器是一种由 多个电渗析单元 叠加在一起，并具有两端阴阳电极的设备。根据不同的配置，可以构成三种类型的电渗析器：

1)  三室双极膜电渗析器： 这种电渗析器可以将盐转变为酸和碱，实现高效的盐去除效果。

2)  单阳膜二室双极膜电渗析器： 这种电渗析器将盐转变为碱和稀盐以及酸的混合物，用于分离强碱弱酸盐并回收碱。

3) 单阴膜二室双极膜电渗析器： 这种电渗析器将盐转变为酸和稀盐以及碱的混合物，用于分离强酸弱碱盐并回收酸。

与电解相比，双极膜电渗析器只在两极发生少量的 氧化还原反应 ，并且电极之间的单元是独立的，因此 产物很难混入 。这使得双极膜电渗析器对于易发生氧化还原反应的产品更加友好。此外，与传统电解相比，双极膜电渗析器避免了大量的电极和能源消耗。

双极膜电渗析器实现了 酸碱的循环利用， 它不仅可以将废盐重新转化为酸和碱，还可以对废碱和废酸进行 纯化和回收 。这不仅降低了生产成本，还减少了废水排放，具有 环保和经济效益 。

    03 .   双极膜电渗析的应用领域

1）有机酸碱生产： 双极膜电渗析可应用于有机酸和有机碱的生产过程。对于有机酸，例如 一元酸、多元酸、氨基酸以及硫醇类、磺酸类等巯基化合物 ，传统方法通常需要复杂的石灰和硫酸作为原料，而双极膜电渗析只需消耗电能即可实现转化。

废盐液可以转化为酸和碱，并循环使用，同时生成的碱可回收并重新投入上一生产工序中。对于有机碱，如 胺类、肼类和吡啶类 ，双极膜电渗析可用于去除酸根，实现碱化工艺，特别适用于水溶性胺的处理。

2）无机化工： 双极膜电渗析在无机化工领域具有应用潜力。它可以将水溶性无机盐转化为无机酸和无机碱，并 回收水溶性无机酸和无机碱 。例如，在氯碱生产中，粗盐精制前需要碱化，而精盐电解前需要酸化，通过双极膜电渗析，可以将精盐酸化的同时将制得的碱用于精制粗盐，从而降低了酸碱消耗和成本。

在海水提溴过程中，通常需要先将海水酸化，然后通入 氯气 进行置换，并将溴素吹出后进行碱吸收。如果采用双极膜电渗析方式，可以直接利用酸化海水产生的碱进行溴的吸收，实现两全其美的效果。

3）环境保护： 双极膜电渗析在环境保护领域发挥重要作用。它可以根据不同的水质要求选择适当的工艺组合，广泛应用于 石化、制药、印染、造纸、电镀 等行业的废水处理。通过双极膜电渗析技术，可以有效去除废水中的有机污染物，如 氯苯、苯胺和苯酚 ，同时去除 重金属离子，如铅、镉和镍 ，并实现有用物质的分离和回收。

在印染行业中，产生大量的 退浆 、 漂白 、 煮炼 、 染色印花 等废水，利用双极膜电渗析可以回收废水中的染料，并将回收的酸碱再次投入循环利用，既节约了水资源，又避免了污水排放。在造纸过程中，化学蒸煮植物纤维会产生大量的 废液 （通常称为黑液）。

由于原料和蒸煮剂的成分差异，黑液的组成复杂。常规做法是提取黑液中的有机物作为 化工原料 ，而利用双极膜电渗析可以回收废液中的 无机盐液 ，实现碱和酸的回收，高效地实现废水的资源化利用。