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时间:2023年06月03日 来源:

双极膜虽然是一种新膜(与其他高分子膜200余年发展历史相比而言),但它的研究可追溯到50年代中期。其发展过程可划分为三个阶段:第1阶段50年代中期至80年代初期,这是双极膜发展十分缓慢的时期,双极膜只是由两片阴阳离子膜直接压制,性能很差,水分解电压比理论压降高几十倍,应用研究是以水解离为基础的实验室阶段;第二阶段从80年代初至90初,由于双极膜制备技术的改进,成功地研制了单片型双极膜,其性能很大程度的提高,已经在制酸碱和脱硫技术得到了成功应用,这一阶段出现了商品双极膜;从90年代初至今是双极膜得到迅猛发展的时期,随着对双极膜工作过程机理的深入研究,从膜结构、膜材料和制备过程上进行了重大改进,使制得的双极性膜在性能上有较大提高,其中主要是对阴膜和阳膜接触界面的改进,从较初简单的“层压型”或“涂层型”结构到80年代初开始出现的单片型结构,随后又出现带有中间“催化层”的复杂结构。我国在双极膜的研发工作从上世纪90年代才开始,起步比较晚,直到近几年才出现了商品化双极膜。双极膜的应用从化工行业已扩展到生命科学、环境科学和能源等诸多相关国际民生行业中,作为一种新型工具来解决这些领域中的技术难题。阴离子交换膜是新型能量转换装置的重要构成部分。广东进口Fumatech膜代理

质子交换膜的催化层可以分为常规憎水催化层、薄层亲水催化层和超薄催化层。早期的催化层是常规的憎水催化层,厚度超过50um,主要是将铂黑或碳载铂催化剂和PTFE微粒混合后,经丝网印刷、涂布和喷涂等方法涂覆到扩散层上并经热处理制得。催化层中的PTFE提供了气体扩散通道,而催化剂则为电子和水的传递提供了通道。但是这种催化层质子传导能力较差,性能不高。后来,为了改进这种催化层的质子传导能力并增加催化剂、反应气体和质子交换膜三相界面的面积,又研制了薄层亲水催化层和超薄催化层。广东进口Fumatech膜代理燃料电池是利用水的电解的逆反应的发电机。

离子交换膜可装配成电渗析器而用于苦咸水的淡化和盐溶液的浓缩。电渗析装置的淡化程度可以达到—次蒸馏水纯度。离子交换膜也可应用于甘油、聚乙二醇的除盐,分离各种离子与放射性元素、同位素,分级分离氨基酸等。此外,在有机和无机化合物的纯化、原子能工业中放射性废液的处理与核燃料的制备,以及燃料电池隔膜与离子选择性电极中,也都采用离子交换膜。离子交换膜在膜技术领域中占有重要的地位,它对仿生膜研究也将起重要作用。

电解质隔膜的主要功能在分隔氧化剂与还原剂,并传导离子,故电解质隔膜越薄越好,但亦需顾及强度,就现阶段的技术而言,其一般厚度约在数十毫米至数百毫米;至于材质,目前主要朝两个发展方向,其一是先以石棉(Asbestos)膜、碳化硅SiC膜、铝酸锂(LiAlO3)膜等绝缘材料制成多孔隔膜,再浸入熔融锂-钾碳酸盐、氢氧化钾与磷酸等中,使其附着在隔膜孔内,另一则是采用全氟磺酸树脂(例如PEMFC)及YSZ(例如SOFC)。集电器又称作双极板,具有收集电流、分隔氧化剂与还原剂、疏导反应气体等之功用,集电器的性能主要取决于其材料特性、流场设计及其加工技术。质子交换膜燃料电池已成为汽油内燃机动力较具竞争力的洁净取代动力源。

氢氧燃料电池按电池结构和工作方式分为离子膜、培根型和石棉膜三类。①离子膜氢氧燃料电池:用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池,现代采用全氟磺酸膜。电池放电时,在氧电极处生成水,通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻,但离子交换膜内阻较大,放电电流密度小。②培根型燃料电池:属碱性电池。氢、氧电极都是双层多孔镍电极(内外层孔径不同),加铂作催化剂。电解质为80%~85%的苛性钾溶液,室温下是固体,在电池工作温度(204~260°C)下为液体。这种电池能量利用率较高,但自耗电大,起动和停机需较长的时间(起动需24小时,停机17小时)。③石棉膜燃料电池:也属碱性电池。氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成,氧电极是多孔银极片,两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜,再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器,构成气室,封装成单体电池。放电时在氢电极一边生成水,可以用循环氢的办法排出,亦可用静态排水法。这种电池的起动时间只15分钟,并可瞬时停机。离子交换膜在液流储能电池、碱性阴离子交换膜燃料电池等方面的应用也得到关注和研究。电解水用Fumatech膜替代杜邦

电化学反应是属于电化学范畴的化学反应。广东进口Fumatech膜代理

双极膜的商业化发展已有近30年历程,早期用于电渗析脱盐工艺,后来由于反渗透技术的飞速发展,成本和能耗的大幅下降,双极膜的发展陷于缓慢状态。但是近年来双极膜重回人们视野,迅速发展,其可低成本实现酸碱分离,在高盐废水资源回收、酸碱分离、有机酸回收等众多细分领域有极好的应用前景,并且被认为是零排放关键技术。高盐废水的处理问题,越来越成为必须解决的环境难题,严重制约着石油化工、生物制药、食品发酵、催化剂合成、碳纤维生产等工业生产。高盐废水难以生化降解,反渗透膜法通常只能浓缩到盐浓度5~8%,而采取热法蒸发成本较高,因此,当前尚缺乏经济可行的高盐废水处理办法。大量高盐废水的排放可能造成沙漠、土壤、地下水污染严重。双极膜电渗析技术可以实现盐水的直接分解成酸碱实现资源化回用,投资成本只为热法的30%,运行成本只为热法的10%,是一种经济可行,易于操作维护,安全可靠的浓盐处理技术,对真正实现零排放有着重要意义。广东进口Fumatech膜代理

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