10.1.5.1 电渗析的基本概念
电渗析是在外加电场的作用下，利用一种特殊膜(简称为离子交换膜)对离子具有不 同的选择透过性而使溶液中的阴、阳离子与溶剂分离。其分离机理如图10-4所示。当 原水用电渗析器进行脱盐时，将电渗析器接以电源，因为水溶液具有导电性，所以水中离 子在电场作用下会发生定向迁移，阳离子向负极运动，阴离子向正极运动。由于电渗析器 两极间交替排列多组的阳、阴离子交换膜，而阳离子交换膜只允许水中的阳离子透过而排 斥阻挡阴离子;相反，阴离子交换膜只允许水中的阴离子透过而排斥阻挡阳离子。因而在 外加电场作用下，阳离子透过阳离子交换膜向负极方向运动，阴离子透过阴离子交换膜向 正极方向运动。这样就形成了称之为淡水(液)室的去除离子区间和称之为浓水(液)室的 浓聚离子区间，在靠近电极的隔室，则称之 为极水室。在电渗析器内，淡水室和浓水 室多组交替排列，将经过淡水室的水引出， 即得脱盐的水。
图10-4 电渗析原理示意图
可见，电渗析脱除溶液中的离子以下 列两个基本条件为依据：
①带电离子在外加电场(直流电场) 的作用下作定向迁移;
②离子交换膜具有选择透过性。
10.1.5.2 离子交换膜的选择透过机理
离子交换膜是一种高聚物电解质膜， 它之所以具有选择透过性，主要是由于膜 的孔隙度和膜上离子基团的作用。膜上的 孔隙是膜高分子键之间所具有的足够大的 孔隙，以容纳离子的进出和通过。这些孔隙，从膜的正面看，是直径为几个至几十纳米 (nm)的微孔;从侧面看，是一条条弯弯曲曲的通道。水中离子就是在这些通道中作迁移 运动，由膜的一侧进入另一侧。膜上的离子基团是在膜高分子链上连接着的一些可以发 生解离作用的活性基团。凡是在高分子链上连接的是酸性活性基团的膜就称为阳膜;凡 是在高分子链上连接的是碱性活性基团的膜就称为阴膜。
在水溶液中，膜上的活性基团就会发生解离作用，解离产生的解离离子(又称反离子) 就进入溶液，于是在膜上就留下了带一定电荷的固定基团。在阳膜上留下的是带负电荷 的基团，构成了强烈的负电场，在外加 直流电场的作用下，根据同性相斥，异 性相吸的原理，溶液中的阳离子被它吸 引并通过微孔进入膜的另一侧，而溶液 中的阴离子则受到排斥;相反，在阴膜 上留下的是带正电荷的基团，构成了强 烈的正电场，同理，溶液中的阴离子可 通过膜而阳离子则受到排斥。此即离 子交换膜具有选择透过性的原因。可 见，离子交换膜发生的作用并不是离子 交换作用，而是起的离子选择性透过作 用，所以更精确地说，应称为离子选择 性透过膜。离子交换膜的选择透过机理如图10-5所示。
图10-5 离子交换膜机能示意图
通常使用的离子交换膜有磺酸型阳离子交换膜和季铵型阴离子交换膜，其结构可分 为基膜和活性基团两部分：基膜是具有立体网状结构的高分子化合物，活性基团是具有交 换作用的阳(阴)离子和与基膜相连的固定阴(阳)离子组成。例如，磺酸型阳离子交换膜 可表示为：
季铵型阴离子交换膜可表示为：
由基膜高分子骨架构成的立体网状结构给离子的膜内迁移提供了通道，而离子在膜 内的迁移是靠电荷的同性相斥、异性相吸的原理进行的。
10.1.5.3 电渗析中的传递过程
由电渗析的原理中得知，反离子迁移是电渗析分离作用的主要传递过程，是对分离有 贡献的传递过程。但实际上还存在其他对分离不利的迁移过程：
① 同名离子迁移： 指与离子交换膜上固定离子电荷相同的离子穿过膜的现象;
② 电解质的浓差扩散： 指由于浓水室与淡水室之间的浓度差，而产生电解质的 扩散;
③ 水的渗透： 指由于淡水室水的浓度高于浓水室水的浓度，而产生淡室中的水向浓 室渗透现象;
④ 水的水合迁移： 由于离子的水合作用，在离子迁移时会携带一定数量的水分子一 起迁移;
⑤ 压差渗透： 指由于淡水室和浓水室两侧的压力不同，而产生的溶液由高压侧向低 压侧的机械渗漏;
⑥ 水的电渗析： 发生浓差极化时水电离产生的H+和OH-会通过膜。结果导致水 的损失和电耗的增加。
这些传递过程会使电渗析的出水水质下降、电流效率降低、能量消耗增大，所以应尽 可能减少。