淺談雙極膜電滲析工作原理

BMED運行時，在電場作用下離子進(jìn)行定向遷移，當(dāng)雙極膜中的離子都遷向主體溶液時，中間層的水會解離產(chǎn)生H+和OH-對電流進(jìn)行負(fù)載。

然而雙極膜中發(fā)生的水解離現(xiàn)象不同于通常的水解離，研究者們對其解離的過程機(jī)理開展了大量的理論研究，但限于過程的復(fù)雜性，目前還沒有達(dá)成統(tǒng)一的結(jié)論。根據(jù)水在雙極膜中間層解離過程的不同，主要提出3種解釋水解離機(jī)制的物理模型。

SWE模型認(rèn)為，在電場作用下，雙極膜中間層（陰陽離子尖銳結(jié)合區(qū)）會因離子遷移而出現(xiàn)薄的無離子區(qū)域，認(rèn)為水解離發(fā)生于此。H2O的解離跟弱電解質(zhì)在高壓條件下的解離過程相同，H+和OH-的產(chǎn)生速率為H2O的解離速率，解離常數(shù)與電壓成正相關(guān)；

在SWE模型的基礎(chǔ)上，為了解膜上荷電基團(tuán)對水解離的影響，進(jìn)一步提出化學(xué)反應(yīng)模型（CHR），該模型認(rèn)為由膜基質(zhì)中的羧酸基、叔胺基和膜內(nèi)的金屬離子等影響水解離速率的現(xiàn)象可知，膜上固定基團(tuán)通過質(zhì)子化反應(yīng)進(jìn)行水解離產(chǎn)生H+和OH-，且解離更易發(fā)生在AEM側(cè)；

為解釋雙極膜中間層較大的能量消耗，提出中和層模型（NL），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雙極膜的AEM、CEM界面處存在中和層區(qū)域，水解離發(fā)生在電荷區(qū)和電荷與中和層區(qū)域的界面處。

以上提出的水解離物理模型具有一定的假設(shè)和適應(yīng)范圍，存在局限性。SWE模型僅適應(yīng)電壓為107~108 V/m的體系，且假設(shè)了雙極膜中間層是尖銳結(jié)合而成的結(jié)構(gòu)；CHR模型考慮了雙極膜的實際結(jié)構(gòu)和膜上荷電基團(tuán)會使水發(fā)生解離，但無法解釋與SWE模型計算出的數(shù)值間較大的差距；NL模型只能用于明顯存在中和層的體系。

因此下一步要加深對雙極膜水解離理論的研究，完善水解離理論工作曲線，建立有實際應(yīng)用價值的物理模型。對水解離機(jī)制的探索，有助于改善雙極膜的制備工藝，優(yōu)化雙極膜性能。