雙極膜電滲析工作原理

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

然而雙極膜中發(fā)生的水解離現象不同于通常的水解離，研究者們對其解離的過(guò)程機理開(kāi)展了大量的理論研究，但限于過(guò)程的復雜性，目前還沒(méi)有達成統一的結論。根據水在雙極膜中間層解離過(guò)程的不同，主要提出3種解釋水解離機制的物理模型，見(jiàn)圖 1。

SWE模型認為，在電場(chǎng)作用下，雙極膜中間層（陰陽(yáng)離子尖銳結合區）會(huì )因離子遷移而出現薄的無(wú)離子區域，認為水解離發(fā)生于此。H2O的解離跟弱電解質(zhì)在高壓條件下的解離過(guò)程相同，H+和OH-的產(chǎn)生速率為H2O的解離速率，解離常數與電壓成正相關(guān)；

在SWE模型的基礎上，為了解膜上荷電基團對水解離的影響，進(jìn)一步提出化學(xué)反應模型（CHR），該模型認為由膜基質(zhì)中的羧酸基、叔胺基和膜內的金屬離子等影響水解離速率的現象可知，膜上固定基團通過(guò)質(zhì)子化反應進(jìn)行水解離產(chǎn)生H+和OH-，且解離更易發(fā)生在A(yíng)EM側；

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

以上提出的水解離物理模型具有一定的假設和適應范圍，存在局限性。SWE模型僅適應電壓為107~108 V/m的體系，且假設了雙極膜中間層是尖銳結合而成的結構；CHR模型考慮了雙極膜的實(shí)際結構和膜上荷電基團會(huì )使水發(fā)生解離，但無(wú)法解釋與SWE模型計算出的數值間較大的差距；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(xiàn)，建立有實(shí)際應用價(jià)值的物理模型。對水解離機制的探索，有助于改善雙極膜的制備工藝，優(yōu)化雙極膜性能。