4.2　氯碱离子膜结构、工作原理及性能

4.2.1　氯碱离子膜的结构

20世纪60年代中期，全氟磺酸树脂被制成选择性离子交换膜尝试应用在氯碱工业中，但全氟磺酸离子交换膜阻隔氢氧根离子的能力较差，在氯碱生产中的电流效率达不到实用水平，直到1975年由日本旭硝子公司开发出新的全氟羧酸离子交换树脂和膜，此问题才得到了解决。用全氟磺酸离子交换树脂和全氟羧酸离子交换树脂制备的复合膜能同时得到较低的膜电阻和较高的电流效率。因此，氯碱工业用的离子交换膜具有多层的复合结构，主要是由全氟磺酸树脂、全氟羧酸树脂、聚四氟乙烯增强网及改性亲水涂层组成，其结构示意图如图4-6所示。

4.2.1.1　全氟磺酸树脂

全氟磺酸离子交换树脂分子主链为碳原子和氟原子组成的线性结构，支链是带有磺酸或磺酰氟基团的全氟醚结构。其主链提供了树脂分子的热稳定性、化学稳定性和制品的力学性能，侧链端基的功能基团提供了树脂分子和制品的离子交换能力。树脂制备时一般采用含有磺酰氟基团的全氟乙烯基醚单体与四氟乙烯共聚而成，目前常用的全氟磺酸商用树脂和膜对应的醚体结构如下：

美国科幕公司生产的Nafion®全氟离子交换树脂和膜的羧酸树脂结构如下：

全氟磺酸离子交换树脂是由四氟乙烯和末端带磺酰氟基团的全氟乙烯基醚两种单体在一定条件下聚合而得到的共聚物，在电解使用前将磺酰氟基团转型为磺酸基团即可使用。氯碱工业用的全氟磺酸型树脂结构为：

科慕公司产品：x=6～10；y=1；z=1； n=2。

旭化成公司产品：x=6～8；y=0～1；z=0，3；n=2～5。

旭硝子公司产品：x=6～10；y=1；z=0，1；n=2。

Dow公司产品：x=3～10；y=1；z=0，3；n=2。

3M公司产品：x=5～10；y=1；z=0；n=3～5。

4.2.1.2　全氟羧酸树脂

在全氟羧酸树脂（膜）的研发初期，由于全氟磺酸树脂的合成以及成膜工艺发展比较成熟，通过磺酸树脂（膜、烯醚单体）的化学处理方法制取全氟羧酸树脂（膜、烯醚单体）是一种很自然、很重要的思路，主要的途径有以下几种：①C—S键断裂制备—CF2COOH的方法；②使用氨气，经过氰基对树脂或者膜的化学处理的方法；③不减少碳原子数的处理方法，使磺酸树脂转型为羧酸树脂。由全氟磺酸树脂（膜）化学方法改性制成的全氟羧酸树脂（膜），由于中间体转化不彻底等原因在实际应用中的化学性能不稳定，难以长期使用。目前工业上的制备方法是首先合成含羧酸酯型的单体，然后和四氟乙烯等单体用共聚合的方法来制备全氟羧酸离子交换树脂，在电解使用前将羧酸酯基团转化为羧酸基团即可。各种合成全氟羧酸酯型单体的方法如下。

全氟羧酸酯型树脂的结构为：

科慕公司产品：x=8～15；y=1；z=1； n=2。

旭硝子公司产品：x=7～20；y=1；z=0；n=3。

4.2.1.3　全氟增强材料

在电解槽安装与应用过程中，为了使膜能具有抗衡各种应力冲击的技术特性，并能保持良好的尺寸稳定性，以适应各种应用工艺的需求，则全氟离子膜必须采用增强骨架材料，才能使膜达到高性能与实用化的要求。

在全氟碳聚合物中，聚四氟乙烯（PTFE）具有良好的热稳定性，可在低于260℃的温度下长期使用；特别是它在强酸、强碱、强氧化剂等介质中的化学稳定性优异。为改进PTFE的加工性能而开发的可熔融聚四氟乙烯（PFA）树脂，其突出特点是具有良好的可熔融加工的热塑性，并提高了聚合物分子链段的柔性，其化学稳定性与PTFE相似。由这两种全氟碳聚合物制成的氟纤维及其织物，在全氟离子膜的增强骨架材料中得到了实际应用。

4.2.1.4　涂层

电解槽阴阳极之间非常狭窄的极间距导致槽电压升高。当电解时，无数的氢气泡附着在面向阴极液的离子膜表面上，这些微小的气泡由于限制了电流的通过，而增加了离子膜的电压降，并造成电流在离子膜上的分配不均匀；如果阴阳极的间隙进一步减小，由于阴极侧的阻碍，除去这些气泡就变得更加固难，结果更增加了槽电压。研究表明，克服这一缺点最简单而又最有效的方法是在制造时把离子膜表面做粗糙，将离子膜表面用无机多孔的非电极涂层处理，达到增强表面亲水性的目的。即使阴阳极之间的距离减少到零，也没有氢气泡附着在粗糙的离子膜表面上，电压也不会上升，使离子膜和电极之间的距离达到零成为可能（图4-7）。

从图4-7中可以看出：由于有了多孔的非电极无机层，达到了增强表面亲水性的目的，气泡很容易从离子膜表面逸出，槽电压没有升高。

固定电荷理论认为：离子膜是均相的物质，平衡时膜内固定离子、反离子和同离子均匀分布，膜的选择透过性就是由膜上的固定离子吸引反离子和排除同离子而形成的。离子交换膜的选择透过性是实现电解质物质分离的关键，选择透过性的高低决定了离子膜的分离性能好坏。构成膜的高分子物质的结构由不动的磺酸基团（）、羧酸基团（—COO-）和可移动的Na+两部分组成。膜的选择透过性可以用固定电荷理论和Donnan膜平衡理论来进行解释，将其置于NaCl水溶液中，待一定时间后达到如图4-8所示的平衡。

氯碱离子膜是全氟磺酸/羧酸（Rf—SO3H/Rf—COOH）的复合膜，在膜的两侧具有两种离子交换基团。电解时，较薄的羧酸层面向阴极，具有高的离子选择性及高电流效率；较厚的磺酸层面向阳极，具有高的离子通过性及低的槽电压，从而可以在较高电流效率的条件下制得较高浓度的NaOH溶液。同时由于膜电阻较小，可以在较高电流密度下工作。不同交换基团的离子交换膜的特性比较如表4-1所示。

4.2.2　氯碱离子膜的工作原理

氯碱工业离子膜法电解食盐水制造氯气、氢气及烧碱的生产工艺是采用阳离子交换膜作为阴阳极分隔体进行的电解操作，阳离子交换膜是由全氟磺酸层和全氟羧酸层复合而成，面向阴极室的羧酸层较薄，排斥OH-，对Na+有高度的选择性，主要影响膜的电流效率；面向阳极室的磺酸层较厚，主要起机械加固作用，对膜的电压起到关键性控制作用。当离子交换膜处在直流电产生的电场工作状态时，盐水（阳极液）中的Na+从一个固定负电荷（）向下一个固定负电荷迁移，Na+以这种方式从电槽阳极室向阴极室迁移，同时伴随着H2O分子的大量迁移，而Cl-、OH-受同离子相斥的作用被分别排斥在阳极室和阴极室中，从而达到OH-不从阴极室迁移到阳极室而降低电流效率，Cl-不从阳极室迁移到阴极室而污染产品，达到制备出优级品烧碱的目的，图4-9为离子膜法烧碱生产工艺示意图。

①阳极室内的反应。阳极室内装满了去除了杂质、精炼过的高浓度盐水（NaCl），阳极与浸没在盐水中的直流电的正极相连。NaCl离子化成Na+和Cl-，由于阳离子交换膜的固定基团（）带负电荷，它们和溶液中的Na+离子异性电荷相吸，结果只允许Na+通过，而对Cl-排斥，于是Na+迁入阴极室与OH-结合生成氢氧化钠。Cl-在阳极被氧化，变成氯气（Cl2）。从阳极室中排出生成的氯气和浓度降低了的盐水。

阳极反应：

从热力学的平衡关系看，水的氧化析出氧的过程应该优先于氯离子氧化析出氯气的过程。因此要选择能促进氯离子氧化反应而又能抑制水的氧化反应的电极催化层，以得到较高的阳极电流效率。

②阴极室内的反应。阴极室内添加纯水，装满浓度比产品低一些的氢氧化钠（NaOH），阴极浸没在氢氧化钠中，与直流电的负极相连。阴极室内的水离子化成H+和OH-。H+在阴极被还原，变成氢气（H2）。OH-离子与来自阳极侧的Na+结合，生成氢氧化钠（NaOH）。从阴极室内排出的是生成的氢气和氢氧化钠。

生产中为了维持阴极室内的氢氧化钠的浓度，始终供应纯水，保持最适合离子交换膜的32%（质量分数）左右的浓度。

阴极反应：

③电解槽内部的整个电化学反应式是：

在电解槽中还会发生部分副反应，阳极的部分Cl2会溶解于水中，生成盐酸和次氯酸。

若阴极室的OH-由于离子交换膜的选择性不够理想而随水透过到阳极室，则可以发生如下的反应：

溶液中的这些反应会消耗掉氯气，降低阳极的电流效率，而且生成的次氯酸和氯酸盐对阳极有较强的腐蚀作用。要想提高阳极电流效率，就要尽量减少在阳极液中产生的溶解氯与氢氧化钠之间发生的副反应，减少阳极上氧的析出量；要想提高碱的电流效率，就要尽量减少氢氧根离子向阳极室的反渗透。归结起来，一方面要提高阳极的析氧过电压，以阻止或减少氧在阳极上的析出；另一方面则要提高膜的选择性能，减少或阻止氢氧根离子向阳极室的反渗。因此，在确定操作条件下，离子交换膜的特性直接影响着电流效率。

4.2.3　氯碱离子膜的性能及测试方法

4.2.3.1　氯碱离子膜的性能

在氯碱工艺中，对离子交换膜性能的基本要求是：①高的电流效率；②电阻低；③产品纯度高；④足够的机械强度；⑤在安装和使用过程中形状及尺寸稳定。氯碱离子膜的常规性能包括以下几项，分别介绍如下。

（1）离子交换容量（IEC值）。离子交换容量的定义为每克干树脂所能进行交换的离子的毫摩尔数，单位为mmol/g（干树脂），它是反映离子交换膜内活性基团浓度的大小和它与反离子交换能力高低的一项化学性能指标。膜的离子交换容量高，导电性好，但是由于膜的亲水性较好，含水率相应也较大，膜的膨胀率较大，电解质溶液易进入膜内，膜的选择性有所降低；反之，膜的离子交换容量低，电阻较高，离子选择性较好。

（2）含水率（%）。含水率（%）是指每克干膜中含有的水量（g H2O/g干树脂），或以百分率表示。含水率高的膜比较柔软，但机械强度差。影响膜中含水率的因素有以下几点。

①离子交换膜的IEC增加时，膜的含水率也随之增加。

②组成离子膜的聚合物分子量增加，膜的含水率将降低。但当聚合物分子量达到20万以上时，膜的含水率几乎不再变化。这是因为分子间范德华力较小的全氟聚合物链，随着分子量的增加而形成一种疏水性的结构，从而阻止水分子进入聚合物中。

③当离子膜浸泡于碱液中时，其含水率受碱浓度影响很大。随碱浓度的增加，膜的含水率下降很明显。含水率的降低不仅影响膜本身的电阻，而且对电流效率、产品质量等也会带来影响。另外，对复合膜来说，还会因各层含水率的差异造成复合层结合力下降，进而影响膜的使用寿命。

④离子交换基团种类对含水率的影响很明显。磺酸膜的含水率要远高于羧酸膜，因此磺酸膜的电导率要高于羧酸膜；但是相反，OH-在磺酸膜中的反渗速度要高于在羧酸层。现在广泛采用的几种复合膜均是考虑到这两种离子交换基团的特点，把羧酸膜和磺酸膜进行复合，既利用磺酸膜高的电导率，又利用羧酸膜对OH-的优异阻挡性能。

⑤高聚物的化学组成结构对膜的含水率影响很大，全氟聚合物制成的全氟膜的含水率要远远小于碳氢膜的含水率，因此在一些电化学特性上也产生很大差异。

（3）固定基团浓度（Aw）。固定基团浓度定义为单位质量膜内所含水分中具有交换基团的毫摩尔数（单位为mmol/gH2O）。在离子交换膜中，离子交换容量IEC（mmol/g干树脂）、含水率（%）（gH2O/g干膜）和固定离子浓度Aw之间有Aw=IEC/含水率的关系。

（4）膜电导。膜电导是指膜外电解质溶液中的离子可凭借离子交换膜中解离的离子而传导电流的一种行为。

式中　S——电导率，Ω-1；

A——截面积，cm2；

ρ——比电阻，Ω· cm；

L——距离，cm。

影响膜电导的因素有以下几方而：

①膜的IEC值增加（或干膜摩尔质量减少时），膜的电导率上升。

②组成离子膜的高聚物结构对膜的电导率是有影响的。

③离子交换基团种类对膜电阻有明显影响（见图4-10）。磺酸膜的比电阻要明显低于羧酸膜，这是因为前者的含水率要高于后者。

④由图4-10还可看出，随着NaOH浓度的增加，两种膜的比电阻均相应增加，这也是由于受到膜含水率降低的影响。

⑤通过复合或改性的方法，在膜的阴极侧引入羧酸基团，从而提高制碱时的电流效率，而且电流效率随羧酸层厚度增加而提高。但当羧酸层厚度达到10μm以上时，电流效率不再上升，随羧酸层厚度的进一步增加，会使膜电阻上升，见图4-11。

⑥为了改善膜的物理机械性能，在复合膜制造中要插入增强材料，这些增强材料的插入，将遮蔽一部分膜的导电面积，从而引起膜电阻的上升。

（5）水在膜中的电渗析。在膜的电渗析或膜电解等电场存在下，水分子伴随着离子通过离子膜而发生移动，这被称为水的电渗析过程。影响膜中水的电渗析速度的主要因素有以下几方面。

①随固定离子浓度的增加（膜内含水率下降），电渗析系数呈下降趋势（图4-12）。由此可以推测，膜含水率的增加将会使电渗析系数提高。

②外液浓度的影响。随外液中NaOH浓度的增加，电渗析系数降低。这是因为随外液浓度的上升，膜的含水率下降；阳极液浓度（如NaCl）的上升同样会导致电渗析系数值的下降。

在电解食盐水制取烧碱的生产中，对水的透过速度的变化必须给予充分的注意。为保证生产烧碱浓度的恒定，向电解槽阴极室中补加的纯水量要随透水速度的变化而变化。水的电渗析速度的变化还将对NaOH中NaCl含量产生影响，随水移动速度的增加，碱中含盐量增加很快（图4-13）。这是因为，一方面阳极室中的Cl-随水的移动而向阴极室移动，Cl-移动量正比于水的移动数值；另一方面，被吸收于膜中的水又会使膜膨胀，从而使更多的NaCl透过膜而进入NaOH中。

从图4-14可以看出，阳极盐水浓度对于水的迁移量的影响非常灵敏。随着阳极液浓度的降低，膜的透水量明显升高，这意味着出槽淡盐水的浓缩比例增加了，所以实际上盐水中的杂质浓度提高了。由于阳极液中杂质离子，尤其是钙、镁、碘等在浓度增加时会严重降低膜的电流效率，因此阳极液浓度低对电流效率是非常不利的。当阳极液浓度下降到低于180g/L时，水通过膜的迁移量快速增加。由于羧酸层透水能力弱于磺酸层，当水的迁移量超过羧酸层的承载能力时，过量的水就会被挡在羧酸层和磺酸层中间，造成膜层的分离（即起泡），长此以往就会造成整个膜的层间剥离、槽电压升高、电流效率明显下降。阳极液浓度升高则会造成膜的磺酸层含水量减小，导致碱中含盐量明显降低。而当阳极液浓度过高时，膜易收缩变形影响膜性能而造成电流效率下降，因此应控制阳极液浓度在合理的范围内。

（6）膜的离子迁移数。离子交换膜作为电解隔膜时，膜的离子选择性将影响电流效率，成为离子膜的最重要的特性参数之一，一般可以采用通过膜的离子迁移数来定量地表示离子选择性。

在通过直流电时，电解质溶液中的离子迁移数表示了离子搬运电荷的比率。例如在图4-15中，对于阳离子膜来说，理想状态是所有的电流都通过Na+来搬迁，此时Cl-的通电数为零、钠的迁移数为1、氯的迁移数为零，此时的选择性（电流效率）为最高。但是，在实际的电解中，随外液浓度的上升，氯的迁移数也将上升，钠离子的迁移数将小于1。通过测定离子在不同离子膜中的迁移数以及不同条件对离子迁移数的影响，可以选择较为合适的离子膜和确定较为合适的电解条件。

图4-16表示全氟离子膜中Na+的迁移数。由图4-16可见，离子动的迁移数要高于静的迁移数，这可以认为是在电场的作用下，流体流速的作用加速了Na+的移动。由图4-15还可看出，全氟羧酸膜Flemion要比全氟磺酸膜Nafion中的钠迁移高。外液浓度对迁移数的影响很复杂，这种影响与外液浓度对制碱时电流效率的影响很相似。

（7）膜的电流效率。从电解槽内物料平衡关系可以得出，要提高阳极电流效率，就要尽量减少在阳极液中产生溶解氯与氢氧化钠之间发生的副反应，减少阳极上氧的析出量；要提高阴极的电流效率，就要尽量减少氢氧根离子向阳极室的反渗。归结起来，一方面要提高阳极的析氧过电位，以阻止或减少氧在阳极上的析出；另一方面则要提高膜的选择性能，减少和阻止氢氧根离子向阳极室的反渗。因此，除膜的特性直接影响电流效率外，电解槽结构和操作条件也对电流效率有着不同程度的影响。影响电流效率的主要因素可以概括为：①离子交换膜的交换容量；②电解槽结构；③氢氧化钠浓度；④阳极液中氯化钠浓度；⑤电流密度；⑥操作温度；⑦阳极液pH值；⑧盐水中杂质；⑨电解槽操作压力和压差；⑩开停车及电流波动，接下来讨论各种因素的影响趋势。

①离子交换膜的交换容量对电流效率的影响。电流效率随离子交换容量而变化，羧酸层的最佳离子交换容量由阴极室烧碱的要求浓度决定。为使槽电压长期稳定，必须选好离子交换容量。图4-17显示出烧减浓度、离子交换容量和电流效率间的关系，磺酸层的设计交换容量要比羧酸层高。

②阳极液中氯化钠浓度对电流密度的影响。阳极液中NaCl浓度直接影响电流效率和烧碱产品中NaCl的含量（图4-18）。这是由于随淡盐水浓度的降低，膜中的含水率增高，导致OH-反渗速度增加，使电流效率下降，并且由于膜中水含量的增加，会使膜发生膨胀，碱中含盐量升高，因此，在选择NaCl浓度时，应考虑多个因素的综合最佳效果。通常氯化钠浓度在180g/L以上，或更高一些可使电流效率特别稳定。

③阴极液浓度（氢氧化钠浓度）对电流效率的影响。从图4-19可以看出，阴极液中NaOH浓度与电流效率的关系存在一个极大值，随着氢氧化钠浓度的升高，阴极侧膜的含水率减少，固定离子浓度增加，因此电流效率随之增加，但是，随着氢氧化钠浓度的继续升高，膜中OH-浓度增大，当碱浓度超过35%～36%以后，膜中OH-浓度增大的影响起决定作用，使电流效率明显下降。

④盐水中杂质对电流效率的影响。盐水中含有钙、镁、锶、铝、铁、镍以及碘、亚硫酸根等杂质，当它们以离子形态进入膜中时，就会以金属氢氧化物、硫酸盐或者硅酸盐的形式沉积在膜上；而当这些离子共同存在时，则影响更大，例如硅本身是无害的，但当硅与钙、锶、铝等共存时，就会引起电流效率的下降。羧酸基通常比磺酸基受重金属离子的影响更明显，这是因为羧酸基往往会与重金属离子结合而导致离子交换能力下降，其结果是槽电压急剧升高，电流效率下降。但是，对膜影响最为明显的还是钙和镁，它们的微量存在就会使槽电压升高，电流效率下降。钙离子在膜内的沉积量对膜电流效率的影响见图4-20。

⑤操作温度对电流密度的影响（图4-21）。在高浓度NaOH及低槽温下长期运转对膜的影响非常大，长期处于低温运转时，羧酸层中的—COO-会与Na+形成—COONa而使离子交换难以进行，或导致离子交换容量下降而使膜的性能恶化。由于膜的阴极一侧脱水而使膜的微观结构发生不可逆转的改变，导致膜对OH-反渗的阻挡作用下降，电流效率下降后难以再恢复，因此电解的操作温度不能低于70℃。

⑥操作对电流效率的影响。通过电解槽电解实验表明，阴极室供给的纯水中断，在不停电的情况下，阴极液的浓度将上升到45%左右，电流效率下降。如果只停供水两天，恢复供水后电流效率还可以恢复到原来的水平，而停水时间再延长，电流效率将不能恢复（见图4-22）。

若长时间在高碱液浓度、低温及高电流密度下运转，膜的性能很难再恢复。图4-23表示在经过正常运转2个月后，由于误操作而使NaOH浓度达到38%，槽温在70℃下持续运转2个月，虽然槽电压变化不大，但是电流效率再也不能恢复，见图4-23。

图4-24表示电解槽在2个月内阳极室NaCl浓度一直在120g/L的条件下运转，电流效率及槽电压均有下降。这是低浓度的阳极液造成阳极一侧膜膨胀，逐渐使阴极膜一侧的膜也膨胀造成的。

⑦电流密度对电流效率的影响。如图4-25所示，在1.5～4.0kA/m2下，电流效率几乎不受电流密度的影响；但在1.5 kA/m2以下，OH-的扩散泄漏比率逐渐增加，从而导致电流效率的降低；在1.5 kA/m2以下运转，不仅使电流效率降低，而且使碱中含NaCl及NaClO3的量增加。

电流密度的上限不得超过极限电流密度，如果超过极限电流密度，因来不及向膜的界面上补充NaCl，不仅Na+的电流效率降低、电压升高，而且容易使膜的内部结构受到损坏。在稍低于极限电流密度运转时，因膜的界面处几乎不存在NaCl，故而不会发生NaCl自阳极侧通过膜扩散到阴极侧的现象，为了在高的电流效率下获得高纯度的NaOH，运转时的电流密度最好选择接近极限电流密度。

⑧阳极液pH值对电流效率的影响。阴极液中的OH-通过离子膜向阳极室反渗，不仅直接降低阴极电流效率，而且反渗到阳极室的OH-还会与溶解于盐水中的氯发生一系列副反应，这些反应导致阳极上氯的消耗，使阳极效率下降。采取向阳极液中添加盐酸的方法，可以用HCl与反渗过来的OH-反应，除去OH-，从而提高阳极电流效率。因此，离子膜电解槽需要对出槽阳极液pH值进行控制，电解槽加酸一般pH值为2～3。

⑨电解槽压力和压差对电流效率的影响。增加电解槽压力，电解液中气体体积缩小，因气泡发生而引起的电解液电阻下降，槽压降低，电流效率升高。

4.2.3.2　氯碱离子膜测试方法

（1）膜厚度的测定。采用精度为0.01mm的测厚仪或螺旋测微器测定。

（2）含水率的测定。可从测定湿态膜和干态膜的质量之差求得。

式中，C1为膜的含水率；W1为烘干前湿态膜的质量，g；W2为烘干后干态膜的质量，g。

（3）交换容量的测定。膜交换容量是膜中所含反离子的量，单位为mol/kg（干树脂）。

由于膜中固定基团所结合的可离解离子能与溶液中的反离子进行等当量交换，因此，可以通过在溶液中的交换和滴定测定膜交换容量。

精确称取已经过预处理的氢型阳离子交换膜，将其置于1mol/L NaCl溶液中，充分交换一定时间后，用0.1mol/L标准NaOH溶液滴定所交换出来的H+离子，即可算出膜的离子交换容量，计算公式为

Cw=CV/［m（1-C1）］

式中，Cw为膜的交换容量，mol/kg（干）；C为滴定溶液的浓度，mol/L；V为滴定溶液的体积，mL；m为原膜质量（湿态），g；C1为膜的含水率，%。

（4）膜面电阻的测定。离子交换膜在电解质溶液中能传导电流。通常用膜的电阻与面积的乘积值来比较各种离子交换膜的导电性能，这个值称为面电阻，单位为Ω·cm2。

膜面电阻的测定方法是在电导池中，先测定溶液的电阻（设为Rs），装上一定面积的膜，再测膜和溶液的电阻，设为（Rm+s），则膜的电阻为

Rm=Rm+s-Rs

或

式中，L为电导池中两电极板之间的距离，即膜的厚度，cm；A为电极面积（与膜面积相同），cm2；ρ为膜的电阻率；Rm为膜的电阻，Ω。

由上式可得：

RA=RmA=ρL

式中，RA为膜的面电阻，Ω· cm2。

从面电阻定义可知，用面电阻来比较不同的离子交换膜的导电性能已消除了膜厚度的影响。但是需要注意的是，在表示面电阻值时，必须同时指出测定时的温度、电解质溶液及其浓度等条件。

（5）选择透过性测定。离子交换膜对离子的选择透过性是衡量其性能好坏的重要指标之一。一般用模拟电渗析装置对该参数进行测定，但此法测出的值除与膜本身性能有关外，还受测定时电流密度和溶液流速的影响，而且还要测定通电前、后浓缩室内两种离子浓度的变化。因此工作量大，装置复杂。采用电位法对等价离子选择透过性进行测定已有文献报道，并证实可行。

在（25±1）℃的恒温条件下，已知E的理论值为E0，可以E0=RT/［nFln（C1/C2）］计算求得。式中，n为电荷；R为气体常数；T为温度；F为法拉第常数。并且在25℃时，0.1mol或0.2molKCl条件下，阳膜的E0=16.1mV，阴膜的E0=-16.1mV。

又已知K+和Cl-在25℃时，在KCl溶液中的迁移数分别为和，得到E0、E、和后就可求得选择透过性。

在表示膜的选择透过性时，必须要注明测定时的温度、电解质溶液及其浓度等条件。