双极膜分离技术及应用进展.pdf

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化工进展
74
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2013年第32卷第10期
进展与述评
amooaaoh-3
双极膜分离技术及应用进展
马洪运,吴旭冉,王保国
(清华大学化学工程系,北京100084)
摘要:双极膜通过对水解离具有的催化效应,能够使水中的盐重新转变为酸和碱,在环境保护和资源回收等
领域发挥着越来越大的作用。本文解析了双极膜的“三明治”结枸特点、发展历程及发展趋势、制备工艺技术,阐
述了双极膜催化水解离机理的3个模型:第二Wien效应模型、化学反应模型以及中和层模型。探究了双极膜电
渗析及与其它化工过程耦合技术在不同领域的应用,其中包括酸碱生产领域、资源分离回收领域以及污染控制
领域等。分析了双极膜的具体应用过程中存在的局限性并展望了双极膜在水解制氢、液流电池方面的应用前景
指出双极膜将朝着与传统化工过程、新型液流电池等系统集成化、规模化方向发展,成为多种化工应用领域的
重要组件
关键词:双极膜;电渗析;水解离;液流电池
中图分类号:TQ028.8
文献标志码:A
文章编号:1000-6613(2013)10-2274-06
DOI:10.39695isn.1000-6613.2013.10.002
Perspective of bipolar membrane technologies and their applications
MA Hongyun, HU Xuran, WANG Baoguo
Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
Abstract: Salts in water can be dissociated to acid and base in the presence of bipolar membranes
(BPMS), which acts as catalyst in the process of water dissociation. Therefore, BMPS could be used in
environmental protection and resource recycling. This paper reviewed technology progresses in BPMS
including preparation, characteristics, integration of BMPS and pollution control applications. Three
major models BPMS for catalyzing water dissociation were introduced. Applications of BMPS in
environmental protection were also introduced. Moreover, the prospects of BPMS applications in redox
flow batteries and hydrolysis hydrogen production were also presented, and the limitations of current
BPMS were discussed. The integration of BMPS with other chemical processes, and application for
redox flow batteries can be prospective in future research
Key words: bipolar membrane; electro-dialysis; water dissociation; redox flow battery
目前,膜分离技术已成为化工、医疗、食品、型”结构,经80年代的“单片型”结构,进入商品膜
生物等领域中一种非常重要的分离技术。自20世纪阶段。90年代以后,随着双极膜的水解离机理和离
中期离子交换膜问世以来,阴离子交换膜和阳离子子传输理论的研究逐渐深入、膜制备技术的迅速提
交换膜快速走向成熟的商业应用阶段。同时,伴随高以及膜材料的重大突破,“三明治”结构的双极膜
着水解离理论的探索硏究,由阴离子交换层、阳离
收稿日期:2013-04-28;修改稿日期:2013-06-03。
子交换层以及中间催化层三部分构成的、一种类似
基金项目:化学工程联合国家重点实验室2011年自主课题立项支持
于“三明治”结构的复合膜(厚度约1~100mm
国家自然科学基金(21076112,21276134)及国家863计划
双极膜进入了广泛的研究应用阶段
2012AA051203)项目。
双极膜的发展2始于20世纪50年代的层压授,博上生导师。 E-mail bowang(@tsinghua. d.血z人:王保国,教
第一作者:马洪运(1985),男,博士研究生。联
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