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第8期2019年8月No.8 Aug.,20196中国氯碱China Chlor-Alkali东岳离子膜DF2807的应用宗少杰（山东东岳集团含氣功能膜材料国家重点实验室，山东桓台256401）摘要：国产氯碱离子膜自2009年在东岳集团成功下线以来，产品不断改进升级，截至目前最新一代产品型号为DF2807,现已经在国内外多家氯碱装置上应用并取得了良好的应用效果，其性能水平已经达到国外同类产品水平。
关键词：离子膜；DF2807；应用中图分类号：TQ114.26P文献标识码：B文章编号:1009-1785（2019）08-0006-03Application of dongyue ionic membrane DF2807ZONG Shao-jie(State Key Laboratory of Fluorinated Functional Membrane Materials,Huantai256401,China) Abstract:Since2009,the domestic ionic membrane has been successfully rolled out in dongyue group,and its products have been continuously improved and upgraded.Up to now,the latest product model is DF2807, which has been applied in many chlor-alkali devices at home and abroad,and has achieved good application effect.Its performance has reached the level of similar products abroad.Key words:ionic membrane;DF2807;application离子膜是氯碱工业核心设备电解装置的核心，中国氯碱工业的起步虽然晚于欧美、日本等国家，但是随着改革开放后国民经济的发展，中国氯碱工业得到快速的增长，截至2018年底，全国烧碱企业161家，烧碱总产能达到4259万t,无论是氯碱产能还是产量均位居世界首位叫但装置所需离子膜之前100%依赖进口，氯碱工业安全运行的“命门”一直卡在他国手中。
国内氯碱生产技术近况综述中国化工信息网2007年12月3日近年来，我国氯碱行业在引进、消化吸收国外先进氯碱生产技术与设备，增强自主创新能力方面做了大量的工作，不断有成熟的先进技术在国内氯碱生产企业中推广，推动了氯碱生产技术的进步，提升了生产装备的技术水平。
本文中介绍了近年来国内氯碱生产企业采用的几种新技术，供国内氯碱生产企业在技术改造和扩能时参考。
1用于盐水精制的膜过滤技术精盐水质量是决定电解工序能否正常运行的关键因素之一，不仅关系到电解槽的使用寿命，而且关系到烧碱生产的电耗高低。
特别是离子膜法烧碱生产装置，它对精盐水的质量要求很苛刻。
如何提高精盐水的质量一直是氯碱生产企业不断研究和探讨的问题。
自从2000年美国戈尔公司ZYLON薄膜过滤器在江苏扬农化工集团公司、山东滨化集团有限责任公司一次盐水精制工艺中成功应用以来，不断有新的过滤膜和膜组件出现，膜过滤技术已在我国氯碱生产企业中得到广泛应用。
这其中应用比较成功的有戈尔过滤器、凯膜过滤器、鸣泰“种植膜”过滤技术、颇尔过滤器等。
最近，又出现了陶瓷膜过滤器精制盐水新技术。
1.1戈尔过滤器1.1.1戈尔过滤器的结构戈尔过滤器的核心是戈尔膜过滤袋。
此袋采用厚度为微米级、孔径 0.2-0.5 卩m的膨体聚四氟乙烯膜与厚度2-3mm勺聚丙烯、聚酯无纺布复合制成，内有刚性支撑体，流体在压力作用下流经滤袋而实现固液分离，得到几乎不含固态物质的液体。
1.1.2戈尔过滤器的工作原理粗盐水通过调节阀进入戈尔过滤器，并经过戈尔膜过滤袋进行过滤。
清液进入清液腔，并通过溢流管流入精盐水贮槽；粗盐水中的固体物质被截留在戈尔膜过滤袋的表面。
当过滤一段时间后，打开反冲阀对戈尔膜过滤袋进行反冲洗，滤渣脱离滤袋的表面，沉降到戈尔过滤器的锥形底部。
此时，戈尔过滤器自动进入下一个过滤、反冲、沉降周期。
当过滤循环次数达到设定值时，戈尔过滤器的排污阀自动打开，排出滤渣后，重新进入下一个运行循环周期。
离子膜电解技术在氯碱工业中的应用实践探讨随着经济的快速发展以及人口的增加，对于化学工业的需求逐渐增加。
氯碱工业作为重要的化学工业之一，其在日常生活以及生产中的地位不可忽视。
然而，氯碱工业所产生的有机物和无机物污染已经引起了严重的环境污染问题，影响了人们的健康和生活品质。
在此背景下，离子膜电解技术作为一种现代化的清洁生产技术，成为氯碱工业处理废水的一种主流手段。
一、氯碱工业的废水处理问题氯碱工业是指通过电解盐水制取氯气、氢气和氢氧化钠的工业。
其主要产品包括氯气、氢气和氢氧化钠等，废水中含有大量的氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化铁等溶液，废水排放量大、水质废弃物难以处理。
由于工业现代化的推进，氯碱工业已经得到了快速地发展，但随着生产的增加以及工艺技术的落后，氯碱工业对环境的负面影响也越来越大。
废水中含有大量的氯离子、氢氧根离子，难以通过传统的物理和化学方法来进行处理，因此需要寻求一种新的处理技术。
二、离子膜电解技术的基本原理1、离子膜电解技术的特点离子膜电解技术是一种膜分离技术，可以将电解质中的阳离子和阴离子分离开来。
在氯碱工业中，可以将氯化铵等盐类溶液经过离子膜电解技术处理，将其中的钠离子与氯离子分离开来，以产生氯气、氢气和氢氧化钠等有用物质。
离子膜电解技术的特点是操作简单，能量消耗低，反应速度快，效率高，可以快速有效地对氯碱工业废水进行处理。
2、离子膜电解技术的工作原理离子膜电解技术的核心设备是离子膜电解槽，这种电解槽由两根金属电极、阳离子膜和阴离子膜等几部分构成。
阳离子膜和阴离子膜之间形成的空间称为离子膜电解腔，通过该腔中的离子交换实现氯离子和钠离子的分离。
在整个处理过程中，离子膜对于阳离子和阴离子的通透率不同，从而在阳极侧产生氯气，同时在阴极侧产生氢气和氢氧化钠。
离子膜电解技术的核心原理是根据离子的电荷特点，在膜的帮助下，将阳离子和阴离子有效分离，从而实现废水的处理和有用物质的提取。
三、离子膜电解技术在氯碱工业中的应用离子膜电解技术在氯碱工业中的应用非常广泛，主要包括三个方面：1、废水处理离子膜电解技术可以快速有效地处理氯碱工业废水，将其中的有毒有害物质分离开来，从而实现废水的净化。
氯碱工业离子膜和电槽的进展氯碱工业离子膜和电槽的进展氯碱工业离子膜法已被公认为是一种带有方向性的氯碱生产新工艺，其特点是节能、优质、基本无污染，生产成本及投资均较低廉。
离子膜法技术的进展是离子膜从磺酸膜到羧酸膜及羧酸－磺酸复合膜，电槽从单极式到复极式，极间距进展到小极距或“零”极距。
1．离子交换膜的进展离子交换膜是氯碱工业膜法制碱的核心，目前应用于食盐水溶液电解的阳离子交换膜，根据其离子交换基团的不同，可分为全氟磺酸膜和全氟羧酸膜和全氟羧酸－磺酸复合膜。
美国杜邦（Dupont）公司于1938年起开始研制氟化学品，首先三制成功聚四氟乙烯，1960年研制成功耐氯碱的全氟磺酰氟（XR）树脂，并首次应于于燃料电池，之后又研制了Nafion系列膜，1975年Nafion－315膜被日本旭化成公司成功地用于延冈工厂生产烧碱，第一次实现了工业化离子膜法的氯碱生产。
Nafion－100、300、400系列适合生产低浓度烧碱，Nafion －300系列是一种增强复合离子膜，为了获得高电压率率，其阴极侧采用低吸水层，为了获得低电压，其阳极侧采用高吸水层，这种膜在生产稀碱时电耗较低；Nafion－400系列是一种物理耐久性较好的增强离子膜；Nafion－900系列在保持性能稳定而长期生产高浓度烧碱方面，兼有高电流效率和低电压的特点，Nafion－901膜可用来直接生产浓度为32％的碱液，电流效率接近96％；国际上认为Nafion－90209及Nafion－961运转效益尚好，新问世的NX－966膜，其机械性能比N－90209提高近一半，寿命较长且更安全，碱浓度为30％～35％时，NX－966的槽电压下降了150mV。
1976年日本旭化成公司用全氟羧酸膜取代了杜邦公司的全氟磺酸膜，接着又开发了羧酸－磺酸复合膜。
全氟羧酸膜具有很强的阻止OH透过的性能，在较广泛的烧碱浓度范围内（20％～40％）都可以超过90％的电流效率，并且碱浓度为20％～30％内有较低的槽电压，因而可以显著地节省电耗，然而全氟羧酸膜在酸性条件下会成为非异体。
离子交换膜技术在氯碱行业的应用与发展摘要:氯碱工业是基本化工原料工业, 在国民经济中占有重要的地位, 其主要产品烧碱( NaOH) 、氯气和氢气广泛应用于国民经济各个部门。
我国从 20 世纪 80 年代中期引进离子膜法制碱技术, 并于 90 年代初由北京化工机械厂开始研制开发了具有专利技术的国产化离子膜电解槽, 填补了国内空白.到目前为止国产化离子膜电解槽在国内的装备能力已超过 100 万t/ a，但离子膜国产化一直处于研制试制阶段, 离子膜还依赖进口.离子膜烧碱以其节能、无污染、产品纯度高越来越得到广大用户的认可, 仅短短的 30 多年, 离子膜烧碱从无到有, 并有逐步取代其它方法制碱的趋势.关键词:离子膜电解槽 ;离子交换膜;复合膜;全氟羧酸 ;全氟磺酸1.离子交换膜法制碱的电解原理1.1电解原理如图 1 所示.离子交换膜为阳离子选择透过性膜, 现氯碱工业使用的均为氟纤维增强的全氟磺酸、全氟羧酸复合膜.复合膜主要由磺酸层、羧酸层和增强网布组成.1 .2 磺酸层的特点磺酸层的亲水性较好含水率较大, 远高于羧酸层.膜含水率高, 相应交换能量就大, 也就是导电性较好, 因磺酸层具有的特点, 所以在电解中靠近阳极侧.1 .3羧酸层的特点羧酸层与磺酸层相比亲水性差, 导电性能相应也差, 电阻较高, 但羧酸层选择性较好, 对OH -的排斥性能优异.因而, 羧酸层在电解中起阻挡作用靠近阴极侧, 阻挡OH -向阳极液渗透, 具有很高的阳离子选择渗透性 .在电解中电流效率的高低取决于该层, 由于羧酸层电阻高, 所以在复合膜的制造中要尽量减薄此层.2.离子膜的选择透过性在电解过程中NaCl 水溶液中的Na+离子在电场力的作用下向阴极迁移, 这时遇到阳膜, 于是首先与阳膜上的阳离子交换后, 然后迁移通过膜到阴极室.同时阳膜上固定负电荷, 将 Cl-和 OH -阴离子挡在阳极室, 这就是阳离子膜的选择透过性, 如图 2 所示.1.离子交换膜法制烧碱的优点离子交换膜法制烧碱与隔膜法制碱和汞法制碱相比具有直流电耗低、电流效率高、蒸汽消耗量小的特点, 3 种电解方法总能耗的比较见表碱液浓度 w/ 平均电流效率/传统的汞法、隔膜法始终解决不了铅、汞、石棉的污染, 而离子膜法制碱解决了污染问题, 整个离子膜电解装置实现了DCS 自动控制, 全系统密封无泄漏, 并设置电流、电压、压差、液体压力、气体压力等联锁, 保证了装置稳定、安全的运转.离子膜法采用的离子交换膜具有稳定的化学性能, 几乎无污染和毒害, 避免了其它方法有铅、汞、石棉的污染.阳极盐水系统循环使用, 氯气制成液氯或盐酸, 少量尾气经处理制成次氯产品出售, 整个系统的废气、废水量很少, 且很易达到排放标准.由于离子交换膜的特点, 保证产品质量的纯度,NaOH 中含盐 40 mg/ L 以下, 氯气纯度 99 以上, 氢气纯度 99.9 以上, 这些产品适用于精细化工和对产品品质要求高的行业.1.离子交换膜易出现的损伤分析离子交换膜是离子膜法制碱技术的关键, 国内正常使用膜的寿命可达2.5 ～ 3 年, 国外有使用膜的寿命达 4 ～ 5 年的纪录, 离子膜寿命终止的判定标准是膜的电流效率不低于 92 , 国内有的厂家膜的电流效率低于 92 仍在继续使用.这就要算综合帐, 膜的电流效率低, 吨碱的能耗增加, 增加的费用和更换膜的费用进行比较, 从而决定更换离子膜的最佳时间 .离子膜电解是一个系统工程, 哪一环存在问题都会直接或间接地对离子膜产生影响, 在日常使用中膜一般易出现以下损伤.膜上出现针孔离子膜出现针孔的原因有以下几个方面:1.阴、阳极表面由于加工精度不够出现毛刺, 对膜产生机械损伤, 产生针孔;2.阴、阳极流量和氯气、氢气压差不稳, 使膜在阴阳极之间振动, 对膜造成磨损, 产生针孔;1.膜本身制造时存在缺陷;2.阳极液pH 值低于 2 时离子膜阴极侧的羧酸层会质子化失去导电性能, 羧酸层质子化最终出现针孔.膜上起泡[如果阳极液浓度低于 170 g/ L, 那么随着Na +离子透过膜的水量将会迅速加大, 而靠近阳极的磺酸层比靠近阴极的羧酸层的亲水性强, 也就是磺酸层比羧酸层对水迁移的承载能力强, 这样多余的水就会滞留在羧酸层和磺酸层之间, 造成膜起泡, 长期在此状态下, 会造成整个膜的层间分离, 导致膜的性能下降.1.膜上出现皱纹、发黑、变质1.经常开停车, 温度变化不稳, 使膜经常处于膨胀和收缩状态, 造成物理松弛, 尤其槽温超过 90℃时气体产生量急剧加大, 膜会过度膨胀, 而使膜产生皱纹.1.1.离子膜发黄、发黑变质主要是由于电解液循环不充分, 在局部出现断流, 形成气室, 膜出现干膜现象, 导致膜发生化学变化所致.5.离子膜的技术改进和发展前景[5.1离子膜的技术改进随着氯碱工业的发展, 离子交换膜也在不断地改进.杜邦、旭化成、旭硝子3 家公司都在不断的开发新品种、新型号的离子膜, 各家在做如下的工作:1.1.1.进一步降低膜电阻, 从而降低槽电压.2.在电解恶劣的条件下, 保持离子膜的化学和物理稳定性.3.提高离子膜抗压和抗气液的冲击能力, 提高机械强度的同时保证膜的柔韧性, 以防止离子膜产生皱纹和破裂.1.1.1.改善磺酸层和羧酸层的结构及厚度, 提高电流效率.2.改善离子膜对各种杂质的敏感性, 提高抗杂质污染的能力.1.1.1.进一步延长膜的使用寿命.以适应当前低电耗、高电流密度、高浓度碱的要求, 不断降低膜的成本, 让利于用户是当前离子膜的发展方向.结束语我国从 20 世纪 70 年代中期就着手全氟磺酸树脂, 全氟羧酸树脂和膜技术的研究、开发, 到目前为止, 已研制成100 mm ×100 mm 及260 mm × 1 100 mm的全氟磺酸、羧酸增强复合膜, 但还处于中试阶段, 工业化还有相当的差距.离子膜烧碱总量已近 280 万 t/ a, 进口膜按 700 美元/ m2, 膜的寿命按2.5 年计算, 仅进口膜需外汇 2 110 万美元, 每年购膜外汇额度将增到 3 010 万美元左右, 这是相当可观的数字, 因此, 实现离子膜国产化, 在世界的氯碱行业占有一席之地, 是十分迫切和必要的事.参考文献：[1]李凭力,王世昌.海水淡化技术现状及各种淡化方法评述[J].化工进展,2015,22(10).[2]井文涌,刘文龙.正渗透技术在海水淡化中的应用[J].现代化工学出版社,2016:14.[3]高艳玲,吕炳南,赵立军.海水淡化技术评述与成本分析[J].工程与技术,2015(2):28。
高效节能型离子交换膜在氯碱行业中的应用及效果评估氯碱行业是社会经济基础重要行业之一，但该行业的生产过程中，对环境和资源的损害比较严重，特别是尾水中氯离子、钠离子、氢氧化钠等对环境的污染和能源的浪费问题，一直是全球热门研究领域。
近年来，离子交换膜在氯碱工业中的应用越来越广泛，其中高效节能型离子交换膜被认为是一个非常有前途的方向。
一、氯碱行业中离子交换膜的应用离子交换膜是一种分离与富集离子的材料，根据膜的化学性质不同，可以选择性的富集某些离子，并将其分离出来。
氯碱工业中，采用的离子交换膜主要包括离子交换膜电解池（如离子反转膜，阳离子交换膜，阴离子交换膜等）和质子交换膜电解池。
以阳离子交换膜电解池为例，电解池中的NaOH和Cl2分别通过阳离子交换膜和离子膜分离，得到NaOH和Cl2，同时尾水中的Cl-需要通过再生装置再次进入电解池，实现循环利用。
然而，传统离子交换膜面临一些问题：首先，传统的REC （印度Reddy Engineering company）型离子交换膜由于具有高离子电阻和较差的防污染性能，导致阴/阳离子交换不足，从而使得生产效率降低，能源损失增加。
此外，需要进行定期的清洗和更换，也会增加成本。
而高效节能型离子交换膜，则可以有效解决传统离子交换膜的问题。
它是一种由聚合物材料制成的新型离子交换膜，其表面多孔结构可以有效提高防污染性能，降低电阻率，同时具有良好的阴/阳离子选择性。
二、高效节能型离子交换膜在氯碱行业中的效果评估据研究，使用高效节能型离子交换膜的氯碱电解池，与传统离子交换膜电解池相比，具有以下优势：（1）提高了生产效率高效节能型离子交换膜的特殊结构设计可以防止膜阻遏的堵塞，从而使得电解质反应更加平稳顺畅；同时，由于阻抗更低，电解取得了更高的转化效率，产出更多的NaOH和Cl2产品。
（2）降低了能源消耗相对于传统的离子交换膜，高效节能型离子交换膜可以降低电解池电阻，减少电解所需的能量，从而降低生产成本，并更加环保。
