國產氯堿離子膜研發歷程及工業應用

董辰生 ，薛 帥 ，王學軍

（1.含氟功能膜材料國家重點實驗室，山東 桓臺 256401；2.山東東岳高分子材料有限公司，山東 淄博 256401）

氯堿工業的核心裝備是電解槽，電解槽的核心部件是氯堿離子膜，氯堿離子膜已經發展為世界氯堿工業可持續發展的重要材料。離子膜法燒堿技術以其先進的技術、高純度的產品質量及低能耗等優點成為世界范圍內氯堿工業普遍采用的方法，氯堿離子膜也因此成為氯堿工業裝備中最重要、最核心的部分。自2009年9月22日，中國自主研發的氯堿離子膜在東岳集團成功下線以來，從最初一代國產DF988高機械強度氯堿膜到帶有犧牲芯材的用于膜極距電解槽的國產DF2800系列氯堿膜成功推向市場，氯堿離子膜研發團隊付出了巨大的努力。

1 國產氯堿膜的研發及結構型號

中國從1980年開始，組織30年的科技攻關研發，在國家“863計劃”和國家“十一五”科技支撐計劃的支持下，東岳集團與上海交通大學合作開發。從基礎理論開始，基礎原料出發，國產全氟氯堿離子膜的研究突破了一系列關鍵壁壘，掌握了從原料、單體、中間體、功能單體、全氟材料增強網到復合增強離子膜的制備、膜的功能化等一系列核心生產技術。在堅持不懈的努力下，生產的氯堿離子膜成功應用于萬噸級氯堿生產裝置中[1]。

國產膜的成功應用填補了中國氯堿工業沒有國產全氟氯堿離子膜的空白，同時為中國基礎產業氯堿工業的安全運行和健康發展鋪平了道路。東岳氯堿離子膜目前主要包括2種類型，一種是適合強制循環槽的高機械強度的DF988膜，另一種為適合高電流密度電解槽的DF2800系列離子膜，國產氯堿離子膜研發與型號見圖1。

圖1 國產氯堿離子膜研發與型號

（1）DF988氯堿工業用離子膜

DF988氯堿工業用離子膜是一款不帶犧牲芯材的離子膜，其橫斷面結構示意圖見圖2，采用全氟磺酸膜/PTFE網布/全氟羧酸膜復合而成，通過層間結構的優化設計和樹脂匹配，賦予國產DF988氯堿離子膜突出的鹽水雜質耐受性。其特點是強度高、使用安全性好、適應性強。

圖2 DF988氯堿離子膜橫斷面結構示意圖

（2）DF2800系列離子膜

DF2800系列離子膜主要包含DF2801、DF2806及DF2807 3種膜。DF2801氯堿離子膜是一種具有犧牲芯材的離子膜，其橫斷面結構示意圖見圖3。由于采用具有自主知識產權的專利技術，全氟磺酸層和全氟羧酸層之間形成無界面融合狀態，大大提高了兩層之間的結合牢固度，具有不宜脫層、起泡的獨特性能，適用于高電流密度膜極距的電解槽。

（3）DF2806氯堿離子膜

DF2806氯堿離子膜是在DF2801基礎上，優化樹脂和加工工藝，具有最新的離子膜制造技術并且具有親水涂層，是一種低電壓、高電流密度離子膜，對鹽水雜質具有更高的耐受性，DF2806氯堿離子膜橫斷面結構示意圖見圖4。

圖3 DF2801氯堿離子膜橫斷面結構示意圖

圖4 DF2806氯堿離子膜橫斷面結構示意圖

（4）DF2807氯堿離子膜

DF2807氯堿離子膜的研發成功，是在改變樹脂分子結構和層間結構的技術突破上，對膜本身的構造不斷改進，改進后的膜陰極側表面附近沒有不導電的陰影存在，膜面上的電流密度分布更均勻，性能更加完善。使新一代氯堿離子膜更加適應高電流密度，低電壓，壽命更長，在測試使用中也發現膜抵抗離子雜質的能力也大大提高，兩代全氟氯堿膜性能比較圖見圖5。

圖5 兩代全氟氯堿膜性能比較

2 氯堿離子膜的工業應用

2010年5月14日，東岳首批2張氯堿離子膜在藍星（北京）化工機械有限公司在河北黃驊的“離子膜電解技術產業化試驗基地”上線運行，

為揚長避短，可以在鹽水精制過程中直接加碳酸鈣粉末，如果在預處理器加碳酸鈣，會成為氫氧化鎂膠團上浮的阻力，只有部分氫氧化鎂膠團會附著碳酸鈣而沉降下來。所以將碳酸鈣的加入點設在后反應罐，既不影響氫氧化鎂上浮，又能使碳酸鈣粉末在后反應罐攪拌的作用下快速分散在鹽水中，防止碳酸鈣在鹽水中結塊，直接沉降在后反應罐底部，造成碳酸鈣浪費。缺點是不能嚴格控制碳酸鈣的用量，只能通過數據，計算其大概用量，而實際生產中其用量要大于理論值，造成碳酸鈣的浪費。

優點是（1）生產成本低，在白度、細度不做要求的情況下碳酸鈣要比氯化鈣廉價的多，并且加碳酸鈣不用儲槽、流量計、調節閥等設備；（2）安全可靠，碳酸鈣的加入不會引起鹽水鈣超標。因為pH值、濃度和溫度確定，鹽水所能溶解的碳酸鈣就是定值。碳酸鈣是難溶物，生成的碳酸鈣早已使鹽水達到飽和。