基于離子交換膜的電膜技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù)，由于其獨(dú)特的荷電特性，可以進(jìn)行離子物系的分離分級(jí)，在實(shí)現(xiàn)一些新型的化學(xué)合成過程中可以實(shí)現(xiàn)資源利用的*大化并消除了環(huán)境污染，在綠色化學(xué)和清潔化工方面具有十分廣泛的應(yīng)用前景。雙極膜電滲析技術(shù)是在離子交換膜基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它集成了普通電滲析和雙極膜的優(yōu)點(diǎn)，其*顯著的特征是可以在不引入其他鹽的情況下利用直流電場水解離產(chǎn)生H+和OH-（或醇解離產(chǎn)生CH3O-）。雙極膜電滲析作為一種技術(shù)*、經(jīng)濟(jì)*、環(huán)境友好的清潔化工技術(shù)，在綠色化工生產(chǎn)中正在扮演著越來越重要的角色。但是這個(gè)技術(shù)面臨著大眾認(rèn)識(shí)不足、工藝集成不足、難以進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬等諸多問題。鑒于此，本論文選取了雙極膜電滲析法應(yīng)用*廣泛的領(lǐng)域——有機(jī)酸的生產(chǎn)為出發(fā)點(diǎn)，選擇葡萄糖酸作為有機(jī)酸的代表，對(duì)雙極膜電滲析法生產(chǎn)葡萄糖酸過程遇到的一些科學(xué)問題進(jìn)了系統(tǒng)的研究，得出的主要結(jié)論如下： （1）通過引入環(huán)境因子（a）和價(jià)格因子（β），比較了在這兩種因子的影響下，雙極膜電滲析法和離子交換法這兩種工藝生產(chǎn)葡萄糖酸的成本。結(jié)果表明，當(dāng)a 0.21,β 0.21時(shí)，離子交換法優(yōu)于雙極膜電滲析法；當(dāng)0.21≤a≤0.76時(shí),β≤0.76時(shí)，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)*佳的轉(zhuǎn)化點(diǎn)，雙極膜電滲析和離子交換的集成是*佳的選擇；當(dāng)a0.76,β0.76時(shí)，雙極膜電滲析法優(yōu)于離子交換法。 （2）利用響應(yīng)曲面法中的Box-Behnken設(shè)計(jì)方法，選取電流密度、電解質(zhì)濃度、料液濃度作為影響因素，對(duì)雙極膜電滲析法生產(chǎn)葡萄糖酸的過程進(jìn)行了優(yōu)化研究。通過數(shù)學(xué)擬合和脊嶺回歸分析，得到雙極膜電滲析法生產(chǎn)葡萄糖酸的*佳工藝條件為：電流密度為44.8mAcm-2；電解質(zhì)濃度為0.12moldm-3；料液濃度為0.15moldm-3。對(duì)預(yù)測值進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測值高度吻合，顯示了模型的*性和準(zhǔn)確性。 （3）通過傳統(tǒng)電滲析濃縮室和雙極膜電滲析鹽室的串聯(lián)，進(jìn)行了雙極膜電滲析法和傳統(tǒng)電滲析法的在線集成研究。結(jié)果表明，由于傳統(tǒng)電滲析的濃縮作用以及電極反應(yīng)，集成的工藝實(shí)現(xiàn)了非常高的電流效率和較低的能耗，集成工藝生產(chǎn)葡萄糖酸的成本低于單個(gè)雙極膜電滲析法的成本。整個(gè)集成工藝不僅僅*簡潔，并且操作穩(wěn)定。 （4）通過Nernst-Planck方程、Donnan平衡以及電中性的原則，對(duì)陽離子交換膜在1-2溶液中的濃度、電阻、電勢分布進(jìn)行了研究，并通過電化學(xué)阻抗譜對(duì)模型的電阻分布進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，離子濃度在擴(kuò)散層中的分布是受電流顯著影響的；擴(kuò)散層的電勢也是受電流顯著影響的，而Donnan電勢是不受電流影響的；在低電流密度時(shí)，來自Donnan界面層的電阻是整個(gè)膜液系統(tǒng)*主要的電阻，而在高電流密度時(shí)，擴(kuò)散層的電阻是*主要的電阻。模型的電阻和電化學(xué)阻抗譜測定的電阻基本吻合，少許的偏差可能是來源于模型對(duì)擴(kuò)散層中電對(duì)流的忽略。 （5）基于單級(jí)膜的濃度、電阻、電勢模型以及雙極膜的水解離特性，對(duì)典型三隔室雙極膜電滲析膜堆生產(chǎn)葡萄糖酸的能耗和成本進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬研究。結(jié)果表明，溶液電阻、擴(kuò)散層的電阻和Donnan界面層的電阻是受電流顯著影響的；擴(kuò)散層的電阻是*主要的電阻，而Donnan界面層和膜的電阻可以忽略不計(jì)。雙極膜電滲析生產(chǎn)葡萄糖酸過程的能耗是隨電流的增加而增加的。通過國產(chǎn)雙極膜的能耗驗(yàn)證試驗(yàn)，表明模型是高度精確地。 研究成果必將有力地推動(dòng)雙極膜電滲析技術(shù)的進(jìn)步，為我國有機(jī)酸生產(chǎn)的環(huán)境化和綠色化奠定科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)其他綠色與環(huán)境化工過程的研究也具有重要的借鑒意義。