離子交換膜與海水淡化

1. 離子交換膜的原理是什麼

離子交換樹脂是一類具有離子交換功能的高分子材料。在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號離子進行交換。按交換基團性質的不同，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。

陽離子交換樹脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基團，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經磺化處理得到強酸性陽離子交換樹脂，其結構式可簡單表示為R—SO3H，式中R代表樹脂母體，其交換原理為
2R—SO3H＋Ca2＋ （R—SO3）2Ca＋2H+

這也是硬水軟化的原理。

陰離子交換樹脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亞胺基（—NH2）等鹼性基團。它們在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為

R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-

由於離子交換作用是可逆的，因此用過的離子交換樹脂一般用適當濃度的無機酸或鹼進行洗滌，可恢復到原狀態而重復使用，這一過程稱為再生。陽離子交換樹脂可用稀鹽酸、稀硫酸等溶液淋洗；陰離子交換樹脂可用氫氧化鈉等溶液處理，進行再生。

離子交換樹脂的用途很廣，主要用於分離和提純。例如用於硬水軟化和製取去離子水、回收工業廢水中的金屬、分離稀有金屬和貴金屬、分離和提純抗生素等。

2. 電滲析法是近年來發展起來的一種較好的海水淡化技術，其原理如圖所示．其中具有選擇性的陰離子交換膜和陽

（1）海水中含有海水中含較多Mg²⁺和Ca²⁺等陽離子，電解時陰極附近生成氫氧根離子，導致氫氧根離子和鈣鎂離子反應生成Mg（OH）₂、Ca（OH）₂等沉澱從而堵塞陽離子交換膜，從而抑制離子通過，導致電滲析法失敗，
故答案為：海水中含較多Mg²⁺和Ca²⁺等陽離子，電解時會產生Mg（OH）₂、Ca（OH）₂等沉澱從而堵塞陽離子交換膜；
（2）在電滲析法淡化海水示意圖中陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，①室離子濃度變小，②室離子濃度不大，離子濃度大的為濃水，所以濃水在B處排出，淡水在A處排出，
故答案為：淡水．

3. 海水淡化的方法有多種，如蒸餾法、電滲析法等．電滲析法是一種利用離子交換膜進行離子交換的方法，其原理

A、陰來離子交換膜只允許陰離子自自由通過，陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，隔膜B和陰極相連，陰極是陽離子放電，所以隔膜B是陽離子交換膜，故A錯誤；
B、電解過程中陽離子移向陰極，故B錯誤；
C、a電極和電源正極相連是電解池的陽極，溶液中氯離子先放電，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，故C錯誤；
D、b電極氫離子放電生成氫氣，電極附近氫氧根離子濃度增大，結合鎂離子生成白色沉澱，故D正確；
故選D．

4. 海水淡化方法中的:電滲析法及離子交換法的流程

電滲析法：水中的離子在直流電場的作用下，可通過半透膜。最初的惰性半透膜電滲析法，主要用於溶膠的提純，電流效率很低。到了20世紀50年代初，由於選擇性離子交換膜向世，才能夠用電滲析法淡化海水或苦鹹水。脫鹽用的選擇性離子交換膜有兩種：①陽膜，只允許陽離子透過的陽離子交換膜；②陰膜，只允許陰離子透過的陰離子交換膜。使陰膜和陽膜交替排列，中間襯以隔板（其中有水流通道），夾緊之後，在兩端加上電極,就成電滲析脫鹽裝置。 電滲析法原理圖 點擊此處查看全部新聞圖片 當海水流經電滲器時，在直流電場的作用下，陰離子透過陰膜向陽極方向遷移，途中被陽膜擋住去路，被水流沖洗而出；陽離子透過陽膜向陰極方向遷移，途中被陰膜擋住，也被水流沖出。透過陽膜或陰膜的水為淡水。結果，從大約一半的夾層流出的水為淡水，從另一半流出的則為濃縮的海水。 電滲析脫鹽所用的半透膜，除要求電阻低、透過的選擇性高、交換容量大和水的電滲小之外，還要求有一定的機械強度、尺寸不變和化學穩定性高等。 在電滲析脫鹽過程中，反離子（電荷與膜內交換基團相反的離子）在膜內的遷移速度比在溶液里大，致使淡化夾層的內膜半身，溶液界面上的離子濃度低於主體溶液濃度而形成濃度差。當電流升至某值時，擴散遷移的離子不足以補充界面上離子的缺額，而使界面濃度趨近於零，這時的電流稱為極限電流。如再增加電流，就會迫使界面上的水分子解離,由解離出的H和OH來承擔超過極限值那部分電流的輸送。這種現象稱為極化現象。這不僅使電流白白消耗在無助於脫鹽的 H和OH的遷移上，而且會引起溶液的pH值發生變化，使鈣鹽鎂鹽之類的離子濃度的乘積超過溶度積，而在濃縮海水夾層的陰膜和陽膜的表面沉澱，阻塞水流通道，甚至被迫停機拆洗。防止極化沉澱的根本措施，是設法增加夾層溶液的攪拌作用和布水的均勻性，並把操作電流控制在極限電流之下。此外，定期倒換電極的極性，在濃縮海水夾層中加酸和進行不拆裝的化學清洗等，均能延長運轉周期。

5. 電解海水（NaCl）利用離子交換膜進行海水淡化的方法的原理是什麼

首先，電解海水目的是為了製取燒鹼
和氯氣
那麼在陰極區存在大量OH-
所以要將Na+交換到OH-富集的區域內以便提純
陽極區Cl-變成Cl2跑出去必要補充CL-以便繼續電解成為Cl2

6. （2014洛陽模擬）電滲析法是一種利用離子交換膜進行海水淡化的方法，其原理如下圖所示．已知海水中含Na+

A、陰離子交換膜只允許陰離子自由通過，陽離子交換膜只允許陽離子自由通過回，隔膜B和陰極答相連，陰極是陽離子放電，所以隔膜B是陽離子交換膜，故A錯誤；
B、電解過程中陽離子移向陰極b極，故B錯誤；
C、b電極氫離子放電生成氫氣，電極附近氫氧根離子濃度增大，結合鎂離子生成白色沉澱，故C正確；
D、a電極和電源正極相連是電解池的陽極，溶液中氯離子先放電，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，故D錯誤；
故選C．

7. 離子交換膜

一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。因為一般在應用時主要是利用它的離子選擇透過性，所以也稱為離子選擇透過性膜。1950年W.朱達首先合成了離子交換膜。1956年首次成功地用於電滲析脫鹽工藝上。

離子交換膜是具有離子交換性能的、由高分子材料製成的薄膜(也有無機離子交換股，但其使用尚不普通)。它與離子交換樹脂相似，都是在高分子骨架上連接一個活性基團，但作用機理和方式、效果都有不同之處。當前市場上離子交換膜種類繁多，也沒有統一的分類方法。一般按膜的宏觀結構分為三大類：
1. 非均相離子交換膜 由粉末狀的離子交換樹脂加黏合劑混煉、拉片、加網熱壓而成。樹脂分散在黏合劑中，因而其化學結構是不均勻的。
2. 均相離子交換膜 均相離子交換膜系將活性基團引入一惰性支持物中製成。它沒有異相結構，本身是均勻的。其化學結構均勻，孔隙小，膜電阻小，不易滲漏，電化學性能優良，在生產中應用廣泛。但製作復雜，機械強度較低。
3. 半均相離子交換膜 也是將活性基團引入高分子支持物製成的。但兩者不形成化學結合，其性能介於均相離子交換膜和非均相離子交換膜之間。
此外，離子交換膜按功能及結構的不同，可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜、兩性交換膜、鑲嵌離子交換膜、聚電解質復合物膜五種類型。離子交換膜的構造和離子交換樹脂相同，但為膜的形式。

8. 電滲析法是一種利用離子交換膜進行海水淡化的方法，其原理如圖所示．已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、

（1）陰離子交換膜只允許陰離子自由通過，陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，隔膜A和陽極相連，陽極是陰離子放電，所以隔膜A是陰離子交換膜，
故答案為：陰；
（2）通電後，a電極為陽極，陽極是氯離子放電，生成氯氣，其電極反應為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（3）通電後，b電極為陰極，陰極區是氫離子得到電子生成氫氣，氫氧根離子濃度增大，和鈣離子，鎂離子形成沉澱，
故答案為：產生無色氣體，溶液中出現少量白色沉澱．

9. 電滲析法是一種利用離子交換膜進行海水淡化的方法，其原理如圖所示。已知海水中含Na ＋ 、Cl － 、Ca 2