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          雙極膜電滲析工作原理

          更新時間:2023-05-17    點擊次數:451

          BMED運行時,在電場作用下離子進行定向遷移,當雙極膜中的離子都遷向主體溶液時,中間層的水會解離產生H+和OH-對電流進行負載。

          然而雙極膜中發生的水解離現象不同于通常的水解離,研究者們對其解離的過程機理開展了大量的理論研究,但限于過程的復雜性,目前還沒有達成統一的結論。根據水在雙極膜中間層解離過程的不同,主要提出3種解釋水解離機制的物理模型,見圖 1。

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          SWE模型認為,在電場作用下,雙極膜中間層(陰陽離子尖銳結合區)會因離子遷移而出現薄的無離子區域,認為水解離發生于此。H2O的解離跟弱電解質在高壓條件下的解離過程相同,H+和OH-的產生速率為H2O的解離速率,解離常數與電壓成正相關;

          在SWE模型的基礎上,為了解膜上荷電基團對水解離的影響,進一步提出化學反應模型(CHR),該模型認為由膜基質中的羧酸基、叔胺基和膜內的金屬離子等影響水解離速率的現象可知,膜上固定基團通過質子化反應進行水解離產生H+和OH-,且解離更易發生在AEM側;


          為解釋雙極膜中間層較大的能量消耗,提出中和層模型(NL),結果發現,雙極膜的AEM、CEM界面處存在中和層區域,水解離發生在電荷區和電荷與中和層區域的界面處。

          以上提出的水解離物理模型具有一定的假設和適應范圍,存在局限性。SWE模型僅適應電壓為107~108 V/m的體系,且假設了雙極膜中間層是尖銳結合而成的結構;CHR模型考慮了雙極膜的實際結構和膜上荷電基團會使水發生解離,但無法解釋與SWE模型計算出的數值間較大的差距;NL模型只能用于明顯存在中和層的體系。

          因此下一步要加深對雙極膜水解離理論的研究,完善水解離理論工作曲線,建立有實際應用價值的物理模型。對水解離機制的探索,有助于改善雙極膜的制備工藝,優化雙極膜性能。


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