双极膜研究进展及应用展望

双极膜是一类具有特殊“三明治”结构的离子交换膜。在反向偏压下,双极膜界面层独特的水解离行为使其具有在线生成H+和OH-能力,因而在酸碱生产、资源分离回收等领域发挥着越来越重要的作用。双极膜界面层催化剂的引入可以有效降低水解离反应电阻。然而,大部分双极膜由于界面层构筑不当使其存在水解离电压过高、膜层结合力差、催化剂泄漏以及第一极限电流密度大等问题,无法实现大规模的工业化制备及应用。因此,本文立足于双极膜及技术近期研究进展,从双极膜的水解离机理出发,综述了界面层催化剂的种类、界面构筑方式及膜层的复合工艺三个方面的研究进展,深度分析了浸蘸法、涂覆法、静电组装、原位生长、层层堆叠等界面催化剂固定方式的优缺点,力求为双极膜的规模化制备提供相应的理论支撑。文中也指出了双极膜在工业化酸碱生产过程中的瓶颈问题,提出了不对称双极膜电渗析在工业化酸碱生产应用中的关键作用。最后对双极膜的电化学应用前景进行了展望,即应该努力探索双极膜在电解水制氢、二氧化碳还原、电化学合成氨、燃料电池、液流电池等能源领域的应用前景,以此来推动双极膜的发展。