Màng trao đổi ion membrane là gì? Màng ngăn Diaphragm là gì?

So sánh 2 phương pháp sản xuất xút phổ biến hiện nay: Công nghệ trao đổi ion màng và công nghệ màng màng.

Giới thiệu về xút

Sản phẩm chính của quá trình điện phân trao đổi ion màng là xút. Tên hóa học là natri hydroxit hay còn gọi là xút. Công thức hóa học là NaOH. Sản phẩm phụ của nó bao gồm khí clo và khí hydro. Ở nhiệt độ phòng, natri hydroxit tinh khiết là chất rắn kết tinh màu trắng sáng. Nó có tính ăn mòn cao, hòa tan trong nước sẽ sinh ra nhiệt lượng rất lớn. Và khi nhiệt độ nước tăng lên, độ hòa tan của nó tăng lên đáng kể. Xút rắn dễ bị phân hủy khi tiếp xúc với không khí. Nó có thể được sử dụng làm chất hút ẩm, nhưng nó không thể làm khô các loại khí như sulfur dioxide, carbon dioxide và hydro clorua.

Ngành công nghiệp xút là ngành hóa chất cơ bản. Các sản phẩm hóa học thường được sản xuất là axit clohydric, axit sulfuric, axit nitric, xút và tro soda (Na2CO3). Các sản phẩm phụ như khí hydro, khí clo cũng là đầu vào để sản xuất ra nhiều sản phẩm hóa học hơn nên ngành công nghiệp xút và các sản phẩm liên quan của nó ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực của nền kinh tế. Đời sống dân tộc và nhân dân. Ngoài ứng dụng trong công nghiệp hóa chất, nó còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác như dệt may, hóa dầu, luyện kim và tiện ích công cộng.

Công nghệ màng ngăn sản xuất xút

Công nghệ này đã được sử dụng trong hơn 100 năm. Hàng rào màng có thể được hấp thụ và thường được làm bằng sợi amiăng. Nước muối được đưa vào khoang catôt, nơi sản sinh ra clo; Sau đó đi vào ngăn anode, tạo ra natri hydroxit loãng. Sản phẩm natri hydroxit thu được có nồng độ thấp (khoảng 12%) và chứa một lượng muối đáng kể. Sự bay hơi dẫn đến nhiều muối kết tinh và tạo ra dung dịch natri hydroxit cao hơn. Do hàm lượng muối cao sẽ ăn mòn máy móc, thiết bị. Loại soda này thường chỉ được sử dụng trong một số ngành công nghiệp nhất định. Việc sử dụng amiăng trong màng ngăn cũng khiến quá trình này kém thân thiện với môi trường.

Dưới đây là sơ đồ nguyên lý điện phân màng ngăn tạo ra natri hydroxit, clo và khí hydro

Công nghệ điện phân ion hóa màng sản xuất xút

Công nghệ này đã được phát triển khoảng 60 năm, được thế giới công nhận là phương pháp sản xuất natri hydroxit tiên tiến và kinh tế, là hướng phát triển của công nghệ sản xuất kiềm phổ biến hiện nay. Phương pháp này có ưu điểm vượt trội là tiết kiệm năng lượng, chất lượng sản phẩm cao, không gây ô nhiễm môi trường, chi phí vận hành thấp, mang lại lợi ích kinh tế rõ ràng và là nhà máy sản xuất xút lớn. Được sử dụng rộng rãi trên thế giới.

Nhiệm vụ chính của quá trình sản xuất xút bằng màng trao đổi ion có thể chia làm 4 bước:

1. Thiết bị lọc nước mặn sơ cấp
2. Nước muối thứ cấp sạch
3. Điện phân nước muối bão hòa tinh khiết
4. Xử lý khí clo và hydro

Trong số đó, nước muối lắng là vị trí cốt lõi của toàn bộ quá trình sản xuất, việc chuẩn bị nước muối là khâu then chốt để đảm bảo việc sản xuất nước muối điện phân được thuận lợi. Người ta còn so sánh các kỹ thuật viên sản xuất clo “nước muối tinh luyện là máu của tế bào điện phân”.

Kết quả của phương pháp này là dung dịch natri hydroxit được tạo ra với nồng độ cao hơn rất nhiều (khoảng 32%) và chứa ít muối hơn nhiều so với công nghệ màng ngăn. Ngoài ra, dung dịch có thể được cô đặc để tăng nồng độ lên tới 50%.

Quá trình điện phân trao đổi ion qua màng

Màng trao đổi ion được sử dụng trong ngành clo là màng trao đổi cation có khả năng chống lại sự ăn mòn của xút. Theo hướng này, dung dịch muối được phân chia thành cực dương và cực âm bằng một màng trao đổi ion làm bằng nhựa đặc biệt. Màng trao đổi ion này chỉ cho các ion dương đi qua nhưng ngăn chặn các ion âm.

Đầu tiên, dung dịch muối bão hòa được tinh lọc có chứa ion natri (Na+) và ion clorua (CL -) sẽ được lấp đầy ngăn catot và đồng thời ngăn ở ngăn anode cũng sẽ là nguồn cung cấp nước tinh khiết. Dòng điện khi đó sẽ được đưa vào dung dịch của cả hai ngăn sẽ xảy ra sự chuyển động của các ion.

Vì ion (Na+) là ion dương nên chúng sẽ di chuyển từ ngăn catot qua màng ngăn sang ngăn anode, trong khi các ion âm (CL -) vẫn sẽ bị giữ lại trong khoang catốt. Sau đó, chúng sẽ di chuyển về cực âm, giải phóng electron và giải phóng khí clo (Cl2) trên cực âm, lúc này nồng độ dung dịch nước muối sẽ giảm.

Trong khi đó, một phần lượng nước cấp vào ngăn anode đã bị phân tách thành các ion hydro (H+) và hydroxit (OH–). Khi đưa điện vào dung dịch, các ion dương hydro sẽ di chuyển về cực dương, hấp thụ các electron trên cực dương và trở thành khí hydro (H2). Trong khi đó, các ion hydroxit sẽ được khoang catốt giữ lại do bị màng chắn chặn lại và chúng sẽ cùng với các ion dương (Na+) di chuyển từ ngăn catốt sang tạo thành NaOH ở ngăn anode. Ta sẽ thu được dung dịch NaOH tinh khiết có nồng độ cao.

Dưới đây là sơ đồ nguyên lý điện phân trao đổi ion tạo ra natri hydroxit, khí clo và khí hydro

Hiện nay, sản phẩm soda Đông Á được sản xuất trên dây chuyền công nghệ Membrane. Sản phẩm có nồng độ cao từ 32% – 50%, chất lượng tốt. Nếu quý khách hàng có nhu cầu mua sản phẩm vui lòng liên hệ tới đường dây nóng của hóa chất Đông Á để được hỗ trợ.

Nguyễn Lân Dũng

Giáo sư Nguyễn Lân Dũng là nhà khoa học hàng đầu Việt Nam trong lĩnh vực vi sinh vật học (wiki), với hơn nửa thế kỷ cống hiến cho giáo dục và nghiên cứu. Ông là con trai Nhà giáo Nhân dân Nguyễn Lân, thuộc gia đình nổi tiếng hiếu học. Giáo sư giữ nhiều vai trò quan trọng như Chủ tịch Hội các ngành Sinh học Việt Nam, Đại biểu Quốc hội và đã được phong tặng danh hiệu Nhà giáo Nhân dân năm 2010.