改性聚酰亚胺多孔阴膜用于双极膜电渗析

发布时间：2020-06-03 14:31

【摘要】：双极膜电渗析(BMED)过程具有高效、环保等特点和优势,所以在有机酸的生产和工业废水处理、回收等方面有着很好的应用潜力。目前,BMED过程在乙酸、柠檬酸等的生产方面已经有了很多的报道。不过,对于如何改进膜的结构和性能,以降低离子迁移阻力、提高生产效率,还需要进一步的研究。特别是对于分子量较大的有机酸,如乳糖酸、羟乙基哌嗪乙磺酸等,由于酸根离子迁移活性低,如使用普通的致密离子膜,生产效率低,能耗高。本文制备了系列聚酰亚胺多孔阴离子交换膜(简称阴膜),将其应用在BMED生产大分子羟乙基哌嗪乙磺酸以及去除水溶液中的硼等过程。全文各章的主要内容如下:第一部分是通过相转化法制备出一系列具有多孔结构的聚酰亚胺膜,改变相转化过程中涂膜液的浓度,以调节膜的孔径大小。利用具有多胺结构的聚乙烯亚胺(PEI)对其进行交联改性,然后使用溴乙烷溶液进行季铵化,从而得到多孔阴离子交换膜。对这些膜的性能进行表征,包括红外、膜形貌、机械强度和热稳定性等,随后用于BMED过程生产羟乙基哌嗪乙磺酸。结果表明多孔聚酰亚胺阴膜对大分子有机酸根具有较高的渗透性,可有效实现大分子有机酸的生产,取得比传统致密膜更高的回收率。如在40V下运行6小时后,羟乙基哌嗪乙磺酸的回收率在52.3-61.6%范围内,作为对照的商业膜CJMA-3的回收率为46.5%,致密聚酰亚胺阴膜M-D只有7.4%左右。第二部分是通过改变相转化过程凝胶浴的种类以制备不同结构的聚酰亚胺阴膜;同时引入季胺化氧化石墨烯(QGO),得到QGO-P84复合型阴膜。对其面电阻、水含量、离子交换容量以及形貌进行表征,结果表明凝胶浴种类对膜孔结构有显著的影响;复合多孔阴膜具有更好的物化性能,其面电阻为1.6-1.9Ωcm~2、水含量为63-80%、离子交换容量为1.23-1.65 mmol/g。将以上膜应用在BMED过程去除水溶液中的硼,可以取得比商业膜CJMA-3更好的分离效率。例如,采用优化的复合膜M_(50)-QGO1(含有1wt%的QGO),在30 V下运行3 h,硼的分离效率为76.6%,而商业膜CJMA-3分离效率为51.6%;复合膜在能耗和电流效率方面也有更好的优势。例如使用复合膜M_(50)-QGO1在20V条件下运行,其能耗和电流效率值分别是26.16 kW h/kg和94.9%,优于膜CJMA-3的性能(30.56 kW h/kg和81.2%)。最后为全文的总结,通过将不同系列多孔聚酰亚胺阴膜运用于以上两个应用领域,可以发现膜的多孔结构有利于BMED过程中的离子迁移,从而能够得到更高的羟乙基哌嗪乙磺酸产量和更高的硼分离效率。
【图文】：

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electrodialysis，简称 ED）的研究起始于 1903 年，M在透析袋内外的溶液中，发现溶液中很多杂质尤其是此后，电渗析技术和设备不断得到改进，离子交换膜子交换膜具有对阴离子和阳离子的选择渗透性能，所驱动下可以实现定向迁移、分离、纯化和浓缩。由应用，主要应用在海水淡化制盐[1]以及浓缩脱盐[2]等由阴阳离子交换膜（简称阴膜和阳膜）、隔板和电极者可以根据实际应用进行不同的排布。例如，在工业可以采用如图 1.1 所示的膜堆构型，其中包括阴膜、、浓室和电极室。由于施加电压产生了直流电场，浓室溶液中，与穿过阴膜的 Na+结合生产得到醋酸钠水的解离反应，即有氧化反应发生在阳极上生成 O2生成 H2和 OH-。极）的氧化反应： 2H O 4e O 4H22极）的还原反应：-2_24 H O 4e 2H 4OH

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合肥工业大学硕士学位论文。此外，，BMED 除如图 1.2 所示 C-BP-A-C 膜堆P、BP-A-BP、BP-C-BP（图 1.3）等，不同膜堆需要以及操作是否方便等情况[10]。综上，BM集合等特点和优势，所以广泛应用在有机酸生产社会的高速发展。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ051.893

【参考文献】