区别于电解水制氢-今天一起学习一下氯碱电解的原理

氯碱电解就是采用离子膜电解槽用直流电将精盐水进行电解，生产制得一定浓度（一般30%-32%）的烧碱以及氯气和氢气。

首先了解一下离子交换膜

离子交换膜与其它膜的本质区别在于离子交换膜是含有带电荷基团的聚合物膜，它由碳氢链构成的高聚物基膜和固定在基膜上的离子官能团所组成，可负载电流，因而具有离子选择性透过的特征。离子交换膜内存在固定离子和可交换的对应离子两部分。在电解盐水溶液时所使用的离子膜，它的活性基团是由带负电荷的固定离子（如磺酸基SO₃^-和羧酸基COO^-）和一个带正电荷的对应离子（如Na⁺、H⁺）组成，以离子键结合在一起。而活性基团中的固定离子（SO₃^-）具有排斥（Cl^-）和（OH^-）的能力，使它们无法通过离子膜，从而获得高纯度的氢氧化钠溶液。

下面，我们来说一下氯碱电解原理

电解槽的阳极室与阴极室用离子交换膜隔开，精盐水进入阳极室，阴极室则加入碱液和纯水。通电时，膜内的Na⁺被阴极吸引，使Na⁺向阴极室一侧迁移，同时膜外阳极液中的Na⁺不断进入膜内补充，从而形成Na⁺的传输和迁移。Na⁺进入离子交换膜后，与膜内Na⁺交换，由此透过膜，进入阴极室。而阳极室内的Cl^-以及阴极室中的OH^-靠近膜时，由于和膜内固定离子，即SO₃^-与COO^-带有相同性质的电荷，所以产生强烈的排斥作用，因此不能透过离子膜。阴极室中H₂O离解后的的H⁺吸电子能力比Na⁺强，因此氢在阴极上得到电子，生成氢气，由于H₂O中H⁺得到电子破坏了水的电离平衡，形成氢氧根OH^-，OH^-与阳极室迁移过来的Na⁺结合生成NaOH。而在阳极室内，由于Cl^-的放电能力强，所以由Cl^-在阳极上放电并产生氯气。

用下面图片脑补一下：

最后，在氯碱电解槽中的化学反应如下：

NaCl → Na⁺ + Cl^-

2Cl^- →Cl₂ + 2e

阴极室内：

2H₂O+2e→H₂+2OH^-

阴极反应的基本原理是阳离子H⁺被还原为H₂，并产生OH^-

迁移过来的Na⁺与OH^-结合生成NaOH

Na⁺+OH^-→NaOH

整个电化反应概括如下：

2NaCl+2H₂O→2NaOH+Cl₂+H₂

原文始发于微信公众号（氢能源技术）：区别于电解水制氢-今天一起学习一下氯碱电解的原理