氯碱离子膜

一种特殊的阳离子选择性透过膜

氯碱离子膜，既全氟离子膜，是交换膜燃料电池和氯碱工业中最核心的技术材料。但用于交换膜燃料电池和氯碱工业的氯碱离子膜不是同一种。氯碱离子膜是一种特殊的阳离子选择性透过膜，主要应用于氯碱工业。在2010年6月30日前，全世界只有美国杜邦和日本旭化成等极少数公司拥有此项技术，并对其他国家进行技术封锁，在世界形成垄断,价格昂贵,每平方米进口价近万元。

膜简介

氯碱离子膜，既全氟离子膜，是交换膜燃料电池和氯碱工业中最核心的技术材料。但用于交换膜燃料电池和氯碱工业的氯碱离子膜不是同一种。

氯碱离子膜是一种特殊的阳离子选择性透过膜，主要应用于氯碱工业。在2010年6月30日前，全世界只有美国杜邦和日本旭化成等极少数公司拥有此项技术，并对其他国家进行技术封锁，在世界形成垄断,价格昂贵,每平方米进口价近万元。

在历经8年科研攻关，于 2010年6月30日，山东东岳集团100%国产化的全氟离子膜，在万吨级氯碱装置上一次通电成功，打破了美国、日本长期对该项技术的垄断。标志着我国成为全球第三个拥有氯碱离子膜核心技术和生产能力的国家；而同时，我国自主研发的交换膜燃料电池用氯碱离子膜也在东岳集团问世，使我国成为第二个可以自主研发生产交换膜燃料电池用氯碱离子膜的国家。

工作原理

氯碱离子交换膜具有阳离子选择透过性。该膜只允许Na + 等阳离子和水分子透过，其它离子难以透过。电解时从电解槽的下部往阳极室注入经过严格精制的 NaCl溶液，往阴极室注入水。通电后，在阳极室中Cl - 放电，生成氯气，从电解槽顶部管路导出；同时 Na + 带着少量水分子透过阳离子交换膜流向阴极室。

在阴极室中 H + 放电，生成 H 2 ，从电解槽顶部另一管路导出。剩余的 OH - 由于受阳离子交换膜的阻隔，不能移向阳极室，在阴极室里逐渐富集，与从阳极室透过来的Na+形成了NaOH溶液。

随着电解的进行，不断往阳极室里注入精制食盐水，以补充NaCl的消耗；不断往阴极室里注入水，以补充水的消耗和调节产品NaOH的浓度。所得的碱液从阴极室上部导出。因为阳离子交换膜能阻止Cl - 通过，所以阴极室生成的 NaOH溶液中含NaCl杂质很少。用这种方法制得的产品比用隔膜法电解生产的产品浓度大，纯度高，而且能耗也低，是最先进的生产氯碱的工艺。

制造

氯碱离子膜的工艺属于高尖端技术机密，无从获得，也不可能公布。因此，在此只能简单介绍其宏观构成及其原材料。

膜的构造

我国自主研发的氯碱离子膜，与美国和日本的树脂挤出成膜法不同，属于树脂溶解铸膜法。

氯碱离子膜主要由网布和膜组成，网布主要是为了增加强度，膜是关键材料，膜的核心材料是磺酸树脂和羧酸树脂，是膜的核心技术。

氯碱离子膜技术最核心的有两部分，第一部分是单体部分，第二部分是树脂部分。

膜的主要原材料

离子膜的原材料是萤石，萤石主要成分是氟化钙，属不可再生的战略资源，是发展氟化工的源头。

全球萤石资源储量约6亿吨，我国储量就占了54%，居全球第一。

氯碱离子膜的特性及发展趋势

由于离子膜电解法因兼有环保和节能等特性，采用离子膜电解法是当今世界最先进的烧碱生产工艺。离子膜电解槽和离子膜是氯碱装置的核心装置，而其中发挥关键作用的是安装在电解槽上的全氟磺酸羧酸离子膜（简称全氟离子膜）。

全氟离子膜的发展趋势是超薄、增强、掺杂自湿化、各向同性，而在这四方面树脂溶解铸膜法均比传统的树脂挤出成膜法具有非常明显的天然优势。

攻关记事

离子膜，一直是中国人的一个“心结”。作为氯碱行业不可替代的重要材料，我国一直对离子膜实行零关税进口。为了消除这一威胁国家经济安全的隐患，从1980年开始，我国曾将这一技术列入国家“六五”“七五”重大科技攻关计划，先后投入几亿元资金进行科技攻关。

由于我国基础新材料的落后和投入机制等问题制约，该项目一直没有研制成功，被专家称之为“中国人心中永远的痛”，攻克该项技术寄托着几代化工人的追求与探索。

在2002年以前东岳集团已经有了上游原材料的产业大平台和基础研究成果；

2002年，东岳集团开始了离子膜研发；

2004年5月24日，全氟离子交换膜材料研究项目被国家列为“863计划”重大项目；

2005年9月8日，山东省人民政府召开东岳集团离子膜项目产业化现场办公会，离子膜项目被列为举全省之力支持的山东省高新技术一号工程；

2006年3月19日，东岳离子膜研究项目顺利通过国家“863”计划项目验收。

2006年3月27日，在淄博市科技大会上，淄博市委、市政府奖励“东岳”科技扶持资金5000万元。 2006年5月，国家领导人先后视察东岳，对东岳自主创新，特别是离子膜研发成功给予了充分肯定和高度评价。

2009年9月22日凌晨2：54分，我国完全自主研发的1.4米宽的全氟离子膜在东岳集团成功下线。

2009年10月17日上午，中共中央总总书记胡锦涛一行来到到东岳集团视察工作，高度评价东岳在离子膜研发方面取得的成绩。

2010年5月14日，东岳氯碱离子膜在中化集团沧州大化黄骅氯碱厂工业氯碱生产装置上实现一次性送电成功。

到2010年6月30日，全氟离子膜成功应用于中化集团沧州大化黄骅氯碱厂、蓝星（北京）化工机械厂和东岳集团氯碱装置，实现市场化应用和国产化替代。东岳集团宣布完全自主研发的国产氯碱工业用的氯碱离子膜实现产业化，制约我国氯碱工业安全健康发展的瓶颈由此告破；而自主研发的交换膜燃料电池用氯碱离子膜也成功实现产业化，标志着我国成功攻克了氢燃料电池的瓶颈技术。

东岳离子膜在原料、中间体、功能单体、聚合物、功能膜、测试方法、工程技术、装备技术等方面已经获得授权发明专利140余项。

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