离子交换膜

ion exchange membrane

定义：具有离子交换功能的高分子材料制成的薄膜。按其功能和结构，可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质膜五种类型。

学科：核科学技术_核化学与放射化学_放射化学

相关名词：高分子材料 解离 电荷 聚电解质

【延伸阅读】

离子交换膜指具有离子交换功能的高分子材料制成的薄膜，其表面或内部含有可解离的活性基团，能够选择性透过特定电荷的离子。根据电荷特性，主要分为以下五类：（1）阳离子交换膜，如磺酸基膜，能够允许阳离子通过，排斥阴离子。（2）阴离子交换膜，如季铵基膜，专供阴离子传输。（3）两性交换膜，膜内同时含有阴阳离子基团，电荷能够根据外部溶液的变化而改变，具有电荷可调的性质。（4）镶嵌离子交换膜，由阳离子高聚物电解质与阴离子高聚物电解质互相交错、组合而成的特种离子交换膜。（5）聚电解质膜，由聚电解质复合形成，兼具柔韧性和离子选择性。离子交换膜的工作原理类似于“筛网”，膜上的固定电荷基团通过静电作用吸引反离子，同时排斥同离子，从而实现离子的选择性传输。

目前，离子交换膜的应用十分广泛，具体包括：（1）水处理和脱盐，通过将阴阳离子交换膜交替排列，可以在电场的作用下实现海水淡化，或是利用离子交换膜除去水中的高价离子，如镁离子、钙离子等。（2）能源转换和存储，使用离子交换膜能够将海水和淡水之间的浓度差直接转换为电能，实现海水盐差能发电，例如意大利建立的盐差发电中试工厂。（3）资源提取，通过对离子交换膜进行设计，可以从海水或盐湖卤水中进行锂/铀资源的提取，例如青海的盐湖提锂项目。（4）智能响应系统，通过构建pH响应的离子交换膜用于药物的可控释放，例如抗癌药物的靶向递送。

离子交换膜作为关键功能材料，在水处理、能源存储、化工、生物医药等领域具有不可替代的作用。未来，随着纳米技术、计算材料学及绿色化学的发展，高性能、智能化和可持续的离子交换膜将在全球能源转型和环境治理中发挥更重要的作用。

（延伸阅读作者：海南大学教授 周腾）

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