双极膜电渗析，快来了解下！

从2017年开始，双极膜材料就一直是国家工信部公布的国家重点发展的新材料之一。目前国内高校中研发双极膜的团队非常多，比如：清华大学、中国科学技术大学、浙江大学、南开大学、合肥工业大学等等。

工业化的双极膜目前是电渗析离子交换膜材料中的桂冠（综合其应用前景、工业化难易程度等因素），快来了解一下。

1-双极膜电渗析-历史

20世纪60-70年代，双极膜（ Bipolar membrane）最早由美国Aquatech（阿奎特国际集团公司）首先研发出来。20世纪80年，双极膜最早工业化应用于美国华盛顿某钢厂，应用于硝酸钾和氟化钾系统。后来双极膜电渗析的应用才逐步扩散到芬兰、法国、德国、意大利、荷兰等欧洲国家。

而双极膜进入中国预计在20世纪80-90年代。这一段时间国内双极膜的研究文献相对较多，也比较集中；同时国内部分大企业做了很多实验级别的尝试（多以有机酸产品双极膜系统为主）。

2013年前，国内没有规模化的双极膜电渗析项目落地（13-14年左右国内才开始有双极膜电渗析工业化的应用案例--某有机酸产品系统）。通过综合的分析，主要有以下几个原因：

1. 材料、设备完全进口，投资高；

2. 设计、运行等技术参数完全依赖于国外，国内装配水平偏低，缺乏核心技术；

3. 国内企业对于新技术抱有疑虑；

4. 政治、国情之类的话题，咱没法谈。

双极膜仅仅是离子交换膜中的一种，可想而知， 双极膜细分市场在整个膜市场中所占比非常小。但是由于双极膜应用领域专一，一定程度上具有不可替代性，在目前受到广泛关注的 高盐废水零排放系统 、 资源回收领域 、 有机产品清洁生产 新工艺中具有极大优势。

2-双极膜/电渗析-原理

双极膜一般由阴离子交换树脂层（AL）、阳离子交换树脂层（CL）和中间层组成。

1. 中间层市场上常用别称：过渡层、催化层、复合层、界面层等；

2. 中间层，厚度一般在10*10^-9m以内（纳米级别），且跟制膜原理、工艺有关；

（ 制膜工艺： 阴离子交换膜层+阳离子交换膜层）

（ 双极膜原理图 ）

在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的 H2O 解离成 H+ 和 OH- ，并进行离子定向迁移，分别通过阳离子交换膜层和阴离子交换膜层，作为系统 H + 和 OH - 离子供应源。 H + 和 OH - 则主要通过过渡区水的解离而得到及时的补充，消耗的水又通过周围溶液中的水向膜中间渗透而弥补。

3-双极膜电渗析-应用形式/领域

基于双极膜的特点，配备不同的阳离子交换膜、阴离子交换膜及其他配件，可以组装成不同形式的双极膜电渗析( 双极膜电渗析的形式含：二隔室、三隔室、四隔室、五隔室等，感兴趣的可以自己去拓展，核心原理没变，）。

其中常规双极膜电渗析（BPED或EDBM）主要作用如下：

1. （无机系统） 无机盐制备对应的酸和碱 ：硫酸钠、氯化钠 、硫酸锂、硝酸钠、氯化铵等；

2. （有机系统） 有机酸盐制备对应的有机酸和碱（有机碱盐与之类似） ：酒石酸、葡萄糖酸、柠檬酸、维生素C、四甲基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵等；

基于双极膜制酸、碱功能，双极膜电渗析在很多无机系统、有机系统中常常会被用来与电解法做对比。以纯氯化钠系统为例，两种工艺差异对比如下：

（ 双极电渗析、电解法简易原理图）

（ 双极电渗析、电解法工艺对比分析表）

4-双极膜电渗析-厂家

国内环保形势严峻，尽管双极膜起步晚，但是国内的环保市场形势给双极膜电渗析创造了非常多的机会。而国内实际的双极膜电渗析应用案例已经非常多，Na2SO4、NaCl、NaNO3、Li2SO4、NH4Cl等含盐废水具有相应的应用案例。

尽管目前国内所有电渗析厂家，都宣传有双极膜电渗析，但是其实国内双极膜电渗析应用主要以进口双极膜为主，当然也有为数不多的几家公司在研发、生产国产双极膜。具体情况如下：

1. 日本ASTOM：（公司简介点这里）目前国内双极膜应用案例最多，日本技术团队可以做全程技术支持。在双极膜设备形式、系统设计、系统稳定性上，行业综合评价比较高，目前应用主要涉及高盐废水、有机酸、有机碱等系统。

2. 德国Fumatech：（公司简介点这里）膜材料完全可以应用于工业化，但是因为膜基材、配件性能、供货时间等细节问题，目前在国内应用偏少，主要应用于部分有机产品清洁生产工艺中。

3. 法国 （Eurodia Industrie Sa）、 捷克 （MEGA a.s.）、 法国 （Suez Environnement）等，苏伊士电渗析这一块主要因为收购了GE水处理部门。整体上述几个品牌双极膜电渗析在国内基本没有应用，但他们常规电渗析均在国外食品、医药等领域有较多应用。

通过研究双极膜电渗析国际专利，发现很多的新思路、新想法。