国产氯碱离子膜研发历程及工业应用

董辰生 ，薛 帅 ，王学军

（1.含氟功能膜材料国家重点实验室，山东 桓台 256401；2.山东东岳高分子材料有限公司，山东 淄博 256401）

氯碱工业的核心装备是电解槽，电解槽的核心部件是氯碱离子膜，氯碱离子膜已经发展为世界氯碱工业可持续发展的重要材料。离子膜法烧碱技术以其先进的技术、高纯度的产品质量及低能耗等优点成为世界范围内氯碱工业普遍采用的方法，氯碱离子膜也因此成为氯碱工业装备中最重要、最核心的部分。自2009年9月22日，中国自主研发的氯碱离子膜在东岳集团成功下线以来，从最初一代国产DF988高机械强度氯碱膜到带有牺牲芯材的用于膜极距电解槽的国产DF2800系列氯碱膜成功推向市场，氯碱离子膜研发团队付出了巨大的努力。

1 国产氯碱膜的研发及结构型号

中国从1980年开始，组织30年的科技攻关研发，在国家“863计划”和国家“十一五”科技支撑计划的支持下，东岳集团与上海交通大学合作开发。从基础理论开始，基础原料出发，国产全氟氯碱离子膜的研究突破了一系列关键壁垒，掌握了从原料、单体、中间体、功能单体、全氟材料增强网到复合增强离子膜的制备、膜的功能化等一系列核心生产技术。在坚持不懈的努力下，生产的氯碱离子膜成功应用于万吨级氯碱生产装置中[1]。

国产膜的成功应用填补了中国氯碱工业没有国产全氟氯碱离子膜的空白，同时为中国基础产业氯碱工业的安全运行和健康发展铺平了道路。东岳氯碱离子膜目前主要包括2种类型，一种是适合强制循环槽的高机械强度的DF988膜，另一种为适合高电流密度电解槽的DF2800系列离子膜，国产氯碱离子膜研发与型号见图1。

图1 国产氯碱离子膜研发与型号

（1）DF988氯碱工业用离子膜

DF988氯碱工业用离子膜是一款不带牺牲芯材的离子膜，其横断面结构示意图见图2，采用全氟磺酸膜/PTFE网布/全氟羧酸膜复合而成，通过层间结构的优化设计和树脂匹配，赋予国产DF988氯碱离子膜突出的盐水杂质耐受性。其特点是强度高、使用安全性好、适应性强。

图2 DF988氯碱离子膜横断面结构示意图

（2）DF2800系列离子膜

DF2800系列离子膜主要包含DF2801、DF2806及DF2807 3种膜。DF2801氯碱离子膜是一种具有牺牲芯材的离子膜，其横断面结构示意图见图3。由于采用具有自主知识产权的专利技术，全氟磺酸层和全氟羧酸层之间形成无界面融合状态，大大提高了两层之间的结合牢固度，具有不宜脱层、起泡的独特性能，适用于高电流密度膜极距的电解槽。

（3）DF2806氯碱离子膜

DF2806氯碱离子膜是在DF2801基础上，优化树脂和加工工艺，具有最新的离子膜制造技术并且具有亲水涂层，是一种低电压、高电流密度离子膜，对盐水杂质具有更高的耐受性，DF2806氯碱离子膜横断面结构示意图见图4。

图3 DF2801氯碱离子膜横断面结构示意图

图4 DF2806氯碱离子膜横断面结构示意图

（4）DF2807氯碱离子膜

DF2807氯碱离子膜的研发成功，是在改变树脂分子结构和层间结构的技术突破上，对膜本身的构造不断改进，改进后的膜阴极侧表面附近没有不导电的阴影存在，膜面上的电流密度分布更均匀，性能更加完善。使新一代氯碱离子膜更加适应高电流密度，低电压，寿命更长，在测试使用中也发现膜抵抗离子杂质的能力也大大提高，两代全氟氯碱膜性能比较图见图5。

图5 两代全氟氯碱膜性能比较

2 氯碱离子膜的工业应用

2010年5月14日，东岳首批2张氯碱离子膜在蓝星（北京）化工机械有限公司在河北黄骅的“离子膜电解技术产业化试验基地”上线运行，

为扬长避短，可以在盐水精制过程中直接加碳酸钙粉末，如果在预处理器加碳酸钙，会成为氢氧化镁胶团上浮的阻力，只有部分氢氧化镁胶团会附着碳酸钙而沉降下来。所以将碳酸钙的加入点设在后反应罐，既不影响氢氧化镁上浮，又能使碳酸钙粉末在后反应罐搅拌的作用下快速分散在盐水中，防止碳酸钙在盐水中结块，直接沉降在后反应罐底部，造成碳酸钙浪费。缺点是不能严格控制碳酸钙的用量，只能通过数据，计算其大概用量，而实际生产中其用量要大于理论值，造成碳酸钙的浪费。

优点是（1）生产成本低，在白度、细度不做要求的情况下碳酸钙要比氯化钙廉价的多，并且加碳酸钙不用储槽、流量计、调节阀等设备；（2）安全可靠，碳酸钙的加入不会引起盐水钙超标。因为pH值、浓度和温度确定，盐水所能溶解的碳酸钙就是定值。碳酸钙是难溶物，生成的碳酸钙早已使盐水达到饱和。