东岳离子膜DF2807 的应用

宗少杰

（山东东岳集团含氟功能膜材料国家重点实验室，山东桓台256401）

离子膜是氯碱工业核心设备电解装置的核心，中国氯碱工业的起步虽然晚于欧美、日本等国家，但是随着改革开放后国民经济的发展，中国氯碱工业得到快速的增长，截至2018 年底，全国烧碱企业161 家，烧碱总产能达到4 259 万t，无论是氯碱产能还是产量均位居世界首位[1]。但装置所需离子膜之前100%依赖进口，氯碱工业安全运行的“命门”一直卡在他国手中。东岳集团历经八年科研攻关氯碱离子膜，在2010 年9 月成功下线，此举打破了美国、日本长期对该项技术的垄断，中国成为全球第三个拥有氯碱离子膜核心技术和生产能力的国家。截至目前， 东岳集团已经推出最新一代高性能氯碱膜DF2807。本文将主要从国产离子膜的发展历程、性能指标、市场应用3 个方面对国产离子膜的当前现状做详细阐述。

1 东岳离子膜的发展历程

山东东岳集团自2009 年实现离子膜工业化生产至今，从最初一代不带牺牲芯材的离子膜DF988，到目前向市场上推出的最新一代高性能复合离子膜DF2807（见图1），国产离子膜经历了多代的推陈出新。经历了近十年的市场化应用，始终把质量安全放在化工生产的首位。多年来通过自身应用和第三方的客户端应用，积累了大量的应用案例，收集了大量使用数据，通过大数据分析和客户的反馈，在研发方面持续进行技术改进和设备升级，使得国产离子膜能够稳定的推向市场，并取得了较好的应用效果。

针对减少离子膜针孔率的出现，东岳在加工工艺上不断改进，发明了独有的单面微转型技术，使得离子膜在加工和后期的使用过程中大大降低了针孔发生率，保证了离子膜的使用寿命和稳定性。在离子膜强度方面，通过不断调整编制结构，每2 条主纤维之间增加4 束牺牲纤维，大大增加了单位面积上的离子交换通道，从而达到提高电流效率，降低膜电压的效果。在涂层方面，通过优化溶液配方和喷涂工艺，提供更加疏松、立体、多孔的微观结构，形成更加高效的气体疏散通道，更大程度降低了槽电压[2]，树脂加工方面，通过不断调整磺酸层和羧酸层的熔融指数，使两层之间的加工温度能够更加吻合，提高了双层间的结合牢固度，大大减少了离子膜的起泡现象。

图1 高性能离子膜DF2807结构

2 DF2807 的性能指标

2.1 DF2807 的实验数据

山东东岳集团国家重点实验室围绕氯碱离子膜DF2807 的力学性能和应用指标严格进行检测，以保证离子膜的出厂质量，DF2807 某批次的力学性能指标见表1。

表1 DF2807膜的力学性能

为了保证离子膜各批次之间电解数据的稳定性， 东岳集团自主研发制作了小型的电解测试装置，DF2807 某批次的实验室电解数据见表2。从离子膜的各项实验数据显示，DF2807 的各项性能指标能够达到正常氯碱工业的使用要求。

表2 DF2807膜在实验室电解数据

2.2 DF2807 工业应用数据

离子膜的工业化应用数据更能反映真实的使用效果，国产离子膜在市场推广中往往要拿来与国外同类产品进行比较，以便真实了解国产离子膜的性能水平和产品定位，使应用客户更加直观的了解到国产膜应用情况。在整个氯碱生产中，槽电压是评价离子膜性能的一个关键指标，可直接反映生产过程中的电耗和离子膜性能。

下面是不同条件下DF2807 和国外同类离子膜的电压对比数据，数据显示DF2807 的关键性能指标能够达到国外同类产品水平。

(1) DF2807 同槽电压数据对比

相对非同槽的对比，同槽对比排除了电解槽槽况的差异、运行条件差异、操作水平差异等影响，反映的数据更具有可对比性。 图2 为东岳离子膜DF2807 在福建某公司的运行数据情况，该样本安装的对比离子膜为国外某型号离子膜，相同电流密度下，数据显示DF2807 比该型号离子膜平均电压低大约30 mV。

(2) DF2807 非同槽电压数据对比

整套运行数据反应了离子膜的整体运行稳定性，在多片离子膜样本下能够更好的观测到槽电压的偏差值和偏差范围，反映出国产离子膜的运行稳定情况。图3 是国产离子膜DF2807 在上海某氯碱厂的运行情况，对比膜为国外某品牌最新型号离子膜。从图3 中可以看出，DF2807 在同等电流密度下与国外最新型号离子膜在整体电压方面基本保持平行，电压也相对比较均匀稳定。

(3) DF2807 电压老化数据对比

离子膜随运行时间的增长，离子膜会产生老化，性能会有所下降，槽电压会有相应的增长。当然槽电压增长的速度与电解槽槽况、盐水质量、操作工艺等都有较大关系。图4 为DF2807 在上海某氯碱厂样本运行约1 年槽电压的增长情况，数据显示槽电压增长约40 mV。

图2 东岳DF2807同槽电压对比

图3 东岳DF2807非同槽电压对比

图4 东岳DF2807电压老化趋势简图

图5 国外某型号离子膜电压老化趋势简图

图5 为国外某型号离子膜运行约1 年时间槽电压的增长情况，数据显示槽电压增长约80 mV。经调查该样本安装国外某型号的电解槽工况稍差，但不妨碍反映出国产离子膜的电压增长趋势和老化指标在可控范围之内。

3 结语

中国从上世纪60 年代就针对氯碱用离子膜技术展开攻关，几十年来业内的专家前赴后继、苦心研发，历经7 个五年计划始终没有放弃，离子膜才能够克服种种困难，打破垄断实现国产化，这是几代中国氯碱人的梦想。梦想虽然得以实现，但由于多年来国外对离子膜市场垄断，氯碱企业形成的固有用膜习惯等原因，国产离子膜的市场化应用和后续研发仍然面临很大的困难和挑战。虽然目前国产膜的市场应用数据还不是很完善，但通过多年来国内一部分氯碱企业的大力支持和应用，最新一代离子膜DF2807 的关键性能指标已经能够达到国外同类产品水平。