学文网摘 要：本文主要介绍了离子膜交换原理及结构特点，对离子膜生产过程中常见问题产生的原因进行了详细的分析。
关键词：离子膜 常见问题 产生原因 分析
中***分类号：TQ114 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）03-0276-01
一、离子膜的交换原理
在电解过程中氯化钠水溶液中的钠离子向阴极迁移，迁移过程中遇到离子膜上的阳极，于是首先与离子膜上的阳离子进行交换，然后迁移通过离子膜到阴极室，在阴极室与氢氧根阴离子结合成氢氧化钠。同时，离子膜阳极上的固定负电荷，将氯离子等阴离子挡在阳极室，膜对它们具有排斥作用所以它们不能通过离子膜，也就是说离子膜具有选择透过性[1]。
二、离子膜的结构组成
我公司生产烧碱使用的离子膜为复合膜，其膜的主要组成部分是磺酸层、羧酸层和增强网布。
1.离子膜磺酸层的特点
离子膜磺酸层的主要成分是磺酸树脂，由于磺酸树脂的亲水性较好、含水率较大，所以远远高于由羧酸树脂组成的羧酸层。因为离子膜的含水率较高，所以相应离子的交换容量就较大。因为交换容量决定了膜的导电性，所以交换容量越大的话，膜的导电性能就会越好，磺酸树脂层较厚是离子膜机械强度的保证。
2.离子膜羧酸层的特点
羧酸层相对与磺酸层相比亲水性差，导电性能相应也差，并且电阻较高。但是羧酸层也有自身的优越性，如选择性较好，对氢氧根离子的排斥性能优异。故而，羧酸层在电解过程中起阻挡作用，通过靠近阴极侧，进而阻挡氢氧根离子向阳极液渗透，具有很高的阳离子选择渗透性。在电解过程中电流效率的高低主要取决于该层，由于羧酸层电阻较高，所以在复合膜的制造过程中要尽量减薄该层。
三、离子膜出现针孔和撕裂的原因
1.从以往的问题分析中发现，在膜的安装过程中，如果由于操作者的失误使膜产生了皱褶或者损伤，虽然当时膜并没有发生渗漏，但在膜的使用过程中可能会发生针孔或撕裂现象，通常这种情况可以通过对离子膜针孔部位的显微观察进行判断。
2.在离子膜的电解工艺中，阴极室内的压力一般要求控制的比阳极室内的压力要稍大，从而就可以形成一个稳定的微小压差，才能使膜在运行中不脱离阳极网。在离子膜装置运行过程中，有一种情况也会造成膜的损伤和阴、阳网的凹陷变形，有时候甚者还会发生爆炸，这种情况就是阴、阳极气相的氯氢压力压差过大。
3.如果经常发生电解液浓度和温度的突变的话，也会造成膜的针孔或撕裂，这种情况通常多发生在给电解槽进行充、排液时。以充液时的情况为例，介绍一下膜发生针孔或撕裂的情况。进液时由于进槽盐水浓度过高或者排液后较高的槽温因为水洗急剧下降以及进槽阴、阳极液温差过大时，从而引起膜的急剧收缩或膜的两面侧树脂组织收缩膨胀较大时，这时离子膜的针孔、撕裂或分层损伤就有可能发生。
4.垫片粘接不当产生盐泡，也会使膜出现针孔现象。
阳极垫片不应当超过正确贴好的垫片伸入电解槽内的阴极垫片。如果离子膜电解槽内的阳极垫片遮挡了一些阳极网，则会引起处在遮挡处的膜产生盐泡现象，进而使离子膜形成针孔。
5.单元槽初始安装时，因粘接不牢，在电解槽开车初期，充液循环过程中垫片被挤压时，会连带所装的膜拉伸，使膜受伤，易形成多处针孔，严重时会使膜靠边框处被拉伸撕裂。
6.膜本身制造时存在缺陷，对离子膜进行目视检查和进行膜试漏[1]。
四、离子膜产生盐泡的原因
有些离子膜在运行一段时间后产生盐泡，使得离子膜不能正常运行，其原因与垫片不规范粘贴有直接的关系。
1.阳极与阴极垫片粘贴位置正确与否，对膜的使用期限及性能稳定是非常重要的。
在电槽内若出现阳极垫片的位置比阴极垫片的位置更突出的情况的话，在阳极垫片的突出部分，离子膜易产生盐泡，并易发生针孔。
2.离型剂和黏结剂涂抹过多，流到电极网面上，附着在离子膜上使电解性能下降。
五、离子膜上出现水泡的原因
1.当进槽碱液浓度偏高、槽内阴极液循环不畅和阴极液流量过小等这些不良情况发生时，都会引起阴极液的槽内总体浓度或局部浓度过高，由于羧酸层随氢氧化钠浓度的提高，水迁移量会减少，磺酸层相对迁移量较大，使离子膜的阴极侧羧酸层相对于阳极侧磺酸层的过度收缩、层间产生间隙，随Na+交换而迁移的水分子会在离子膜内汇集而形成水泡。
2.当槽内阳极液循环不畅、进槽盐水本身浓度较低、相对电流密度过大、阳极液流量过小等这些不良情况发生时，都会使阳极液的槽内总体浓度或局部浓度过低，同时，造成离子膜的阳极侧磺酸层相对于阴极侧羧酸层的过度膨胀、层间产生间隙，磺酸层输水量大于羧酸层输水量，水分就会积存在离子膜内而产生水泡。
3.当阳极液酸度过大得时候，离子膜就会慢慢被酸化，膜的阳极侧磺酸树脂层组织就会被慢慢破坏，同时，磺酸层慢慢开始膨胀、羧酸层慢慢开始收缩，进而使得磺酸层和羧酸层开始分离，水泡就在分离处产生。另外，若阳极液酸度过高，阳极室H+穿过膜向阴极室迁移，使-COONa变为-COOH，槽压上升，使膜内部因过热蒸汽压力过大而发生水泡。
4.当阴极液和阳极液的温差过大时，离子膜两面侧的收缩差异就会过大，离子膜就会产生分层现象，随Na+交换而迁移的水分子就会在离子膜内汇集而产生水泡。
5.全氟离子膜只能向一个方向输送离子和水，反向电流可以使水反向迁移；液体在膜内集聚，破坏了膜内正常水平衡，导致膜起泡。
6.过大电流使得物料输送量增加，膜的内侧压力增大，超过聚合物黏合强度，膜要起泡。
7.由于正压差过大，因此在离子膜与阳极之间过分压紧的这一部分盐水供应就会出问题。也就是说在这个部分实际上是电解了很稀的盐水，所以会产生很多水泡。同时，在这个地方一部分水也被电解，产生的H+酸化了离子膜，从而加剧了水泡的生成。
8.槽温过高，导致汽/液比增加，不仅使槽电压上升，同时电解液趋向沸腾，内压上升，使膜起泡[1]。
六、结论
离子膜是生成烧碱工艺过程中的关键环节，要求我们必须了解离子膜常见问题产生的原因，做好离子膜的日常维护工作，才能确保离子膜烧碱的产品质量。
参考文献
[1] 刑家悟， 刘东升. 离子膜法制烧碱操作问答[M]. 化学工业出版社， 北京. 2009， 6， 106-117.
作者简介：肖娜，（1984―），女，硕士研究生，主要从事氯碱行业生产和研发工作。
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