单极离子交换膜特性在双极膜电渗析离子传输与酸碱生产中的关键作用

这篇研究揭示了双极膜电渗析(BMED)中单极离子交换膜(CEM/AEM)对酸碱生产效率的调控机制。通过系统分析膜的反离子选择性、电荷密度和吸水率等特性，发现酸生产主要受AEM性质调控，而碱生产由CEM主导。研究首次提出"盐室桥接效应"，阐明H+/OH-泄漏通过中和反应间接影响产物浓度，为优化BMED系统提供了关键膜材料选择策略。

　　

Highlight

本研究揭示了阳离子交换膜(CEM)和阴离子交换膜(AEM)在双极膜电渗析(BMED)酸碱生产中的关键作用。实验证明：对于给定的双极膜(BPM)，酸的产率和纯度主要由AEM特性决定，而碱生产则受CEM性质调控。尽管BPM会等摩尔量产生H⁺和OH^-，但最终酸碱浓度直接受这些离子分别通过AEM和CEM泄漏的影响。

Ion exchange membrane characterization

本节展示了阴阳离子交换膜的本征物理化学特性，包括离子交换容量(IEC)、吸水率(水体积分数φ_w)、反离子选择性(S_i)和固定电荷摩尔密度。为提高可读性，我们采用新的膜命名法："CEM"和"AEM"分别代表阳离子和阴离子交换膜，下标"Low"、"Mid"等表示不同性能等级。

Conclusion

本研究阐明了阴阳离子交换膜(CEM/AEM)特性对双极膜电渗析(BMED)酸碱生产效率的关键影响。结果表明：这些单极膜的离子交换容量(IEC)、反离子选择性和吸水率等特性显著影响离子传输行为、泄漏抑制以及最终产品纯度和过程能效。