离子交换膜材料国内外研究现状和发展趋势
离子交换膜具有分离效率高、能耗低和污染少等优点，因此在许多方面有着重要的应用价值。自1950年，W．juda报道了离子交换膜的选择透过现象以来，离子交换膜技术在世界范围内得到了迅速的发展，使其从初期性能差的非均相膜发展到适合于工业生产的、性能良好的均相离子交换膜，从单一用途发展到具有多种特殊用途的离子交换膜【4】。目前，商业上使用最多的是进口的全氟磺酸膜(Nafion)。虽然该膜表现出较好的稳定性，但是成本高，达到800美m ，且低温或较高温时的质子传导性只有0．5 mmol/g，因此开发新的、成本较低的 质子传导性高的阳离子交换膜一直是人们关注的焦点。
离子交换膜的选择透过性一般用双电层理论和Donnan膜平衡理论解释。
以阳膜为例，双电层理论认为膜中固定基团在电离之后带有电荷，在固定基团附近与电解质溶液中带相反电荷的离子形成双电层。此时，固定基团构成足够强度的负电场，使膜外溶液中带正电荷的离子容易进入空隙中透过阳膜。
Donnan膜平衡理论则认为平衡时阳膜内阳离子浓度大于溶液中阳离子浓度，这就说明溶液中与膜内固定离子符号相反的离子容易进入膜内，而同性离子不容易进入膜内，所以离子交换膜对反离子具有选择透过性。
离子交换膜对离子的选择透过性是衡量其性能好坏的重要指标之一。一般用模拟电渗析装置对该参数进行测定，但此法测出的值除与膜本身性能有关外，还受测定时电流密度和溶液流速的影响【6】，而且还要测定通电前、后浓缩室内两种离子浓度的变化因此工作量大，装置复杂。离子交换膜在外加电压作用下主要应用于电渗析除盐。但根据离子交换膜对离子具有选择透过性以及Donnan dialysis(唐南渗析)原理，当无外加电压时，原水中待去除离子可以在膜两侧补偿离子 与待去除离子活度比差的驱动下透过膜进入补偿离子溶液，从而实现被去除的目的。
目前国外对离子交换膜的研究较多，一方面是对膜性能进行改进，另一方面是研制具有专门用途的离子交换膜。美国杜邦公司研制的Nation系列膜与日本旭化成公司开发ACIPLEX F系列膜及H本旭硝子公司研制的Flemion系列膜具有耐强碱、低电耗的特点。双极膜也是人们研究的焦点。双极膜是在外加电场作用下能将水直接解离成H 和OH的膜，它是由阳膜、阴膜和中问界面亲水层组成。一些公司相继制成性能优良的双极膜，水离解电压在1.1~1.7伏，水离解效率在95％～99％【8】。
我国可用的离子膜品种单一，在国外基本上被淘汰了的电化性能差的非均相膜在我国仍占90％以上；已开发的性能较好的均相膜，由于性能不稳定，不能大规模生产。目前国内所需的绝大多数均相膜、电解膜等仍依赖于进口，具有特种性能的膜如特种选择透过性膜、 双极膜等多处于实验室阶段，研究工作比较薄弱。由于我国的制膜技术无法满足工业需要，严重阻碍了离子交换膜技术的应用，所以有必要加强研究、引进、消化与改造相结合，采用新技术来开发新品种，改善膜性能。
上一篇：开关电源的国内外研究现状