阳离子交换膜电解食盐水

目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在20世纪50年代开始研究，80年代开始用于工业化生产。

离子交换膜电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。如图

 

表示的是一个单元槽的示意图。电解槽的阳极用金属钛网制成，为了延长电极使用寿命和提高电解效率，钛阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阴极由碳钢网制成，上面涂有镍涂层；阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na⁺通过，而Cl^-、OH^-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H₂和阳极产生的Cl₂相混合而引起爆炸，又能避免Cl₂和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。下图是一台离子交换膜电解槽（包括16个单元槽）。

 

精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水(加入一定量的NaOH溶液)加入阴极室。通电时，H₂O在阴极表面放电生成H₂，Na⁺穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH；Cl^-则在阳极表面放电生成Cl₂。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。

电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有泥沙、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2－杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。

精制食盐水时经常加入BaCl₂、Na₂CO₃、NaOH等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的pH。例如：

为了除去SO₄^2－，可以先加入BaCl₂溶液，然后再加Na₂CO₃溶液，以除去过量的Ba²⁺：

Ba²⁺＋SO₄^2－＝BaSO₄↓

CO₃^2－＋Ba²⁺＝BaCO₃↓

加入Na₂CO₃溶液以除去Ca²⁺：

Ca²⁺＋CO₃^2-＝CaCO₃↓

加入NaOH溶液以除去Mg²⁺、Fe³⁺等：

Mg²⁺＋2OH^-＝Mg(OH)₂↓

Fe³⁺＋3OH^-＝Fe(OH)₃↓

这样处理后的盐水仍含有一些Ca²⁺、Mg²⁺等金属离子，由于这些阳离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜，因此该盐水还需送入阳离子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去Ca²⁺、Mg²⁺等。这时的精制盐水就可以送往电解槽中进行电解了。

离子交换膜法制碱技术具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。