离子交换膜界面改性及应用性能研究

发布时间：2022-01-02 13:56

　　膜技术因其自身的优势实现了高水平的过程强化,在燃料电池、海水淡化、工业废水处理、氯碱生产等工业过程中引发了广泛的研究兴趣。离子交换膜作为膜技术的核心组件,为满足应用需要,应拥有高的离子通量和离子选择性等基本性能。膜材料的选择以及膜内微相结构（主体和界面）的形成直接影响着离子交换膜的性能。而膜主体以及界面的微相结构、膜的制备以及改性方法有着莫大的关联。本论文结合离子交换膜在能源、资源和环保三个背景下的实际应用过程,探讨了界面改性方法对离子交换膜性能的影响。具体内容如下:（1）为在离子交换膜内部构建规整离子传输通道,通过孔填充策略提升离子传导通量:利用不同比例的二甲氨基甲基丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯单体进行自由基聚合反应,合成叔胺-酯基型共聚物。借助共聚物中的叔胺基团与多孔溴化聚苯醚基膜中溴甲基之间的门秀金反应,通过孔填充对基膜孔道界面进行改性,制备了不同微相结构的共价键触发孔道填充型阴离子交换膜。得益于基膜中固有海绵孔道内壁上发生的门秀金反应,在通道内壁界面处产生的大量氢氧根离子传输活性位点而形成的连续贯穿型离子通道,所制得的阴离子交换膜在低IEC下（IEC=0.97mmolg-1）实现... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【图文】：

图１．１?（ａ）化学工程对可持续发展道路的贡献％?（ｂ）可持续过程的技术【＂Ｉ；?（ｃ）纳滤??膜用于农业废弃物中分离生物酚的过程强化示意图（ｄ）燃料转换的新设想方案：集成??

功能离子基团和高分子骨架构成的离子交换树脂，从功能上可以分为三类［１２］：?（１）??有固定的正电荷离子的阴离子交换膜（ＡＥＭｓ），它会阻止阳离子运输，但允许??阴离子运输。咪唑阳离子、狐盐阳离子、季胺盐阳离子和季磷阳离子等［２１］是比较??常见的阴离子交换基团；（２）有固定的负电荷离子的阳离子交换膜（ＣＥＭｓ），??允许阳离子传输，但阻止阴离子传输。磺酸、羧酸和磷酸等ｐ２］是比较常见的阳离??子交换基团；（３）双极膜（ＢＰＭｓ），由阴阳离子交换膜叠加而成，可用于水的??解离，原理如图１．２所示。??ＡＥＭ?作）ＣＥＭ?（Ｃ）?ＢＰＭ??Ｗ?气?ｒ：ｉ?ｒ〇Ｔ：］??！〇！?＼ｉｌ?－！?－？！〇?－｜?？■－??ｌｏｔ＊＊＇－?Ｉ－！?—??ｉ?＋?！？！?■＇?！＊！?ＺｉＯ??＼?！？？?｜?－?｜?＼０?－｛??ｖ?ｌＱ＼?Ｉ?－?ｉ?〇？?ｉ０?－?｝?ａ＊??．！〇ｉ?＋??！？！?１?？?Ｉ?！〇?－！??图１．２?（ａ）阴离子交换膜原理图；（ｂ）阳离子交换膜示意图；（ｃ）双极膜原理示意图??自上个世纪以来，离子交换膜因其在各个领域中的应用而备受关注，如利用??电渗析进行海水淡化，通过扩散渗析技术回收废酸溶液中的酸或废碱溶液中的碱，??或利用双极膜电渗析从ＮａＣｌ、Ｎａ２Ｓ０４等废盐溶液中回收无机酸或无机碱［２３］。多??种电化学技术利用离子交换膜的特性来分离和运输阳极和阴极之间的离子，以平??衡外部电路中的电子流，如氧化还原液流电池，反向电渗析，聚合物电解质膜燃??料电池等。考虑到ＩＥＭｓ对当代社会工业发展的重要性，学术界和工业界均致力??于开发新的ＥＭｓ或对原始的ＩＥＭｓ进行改性，从而满足传统

?第１章绪论???卜「?Ｆ?１?＜ｈ＞?Ｆ?，??ｉ?卜－ＣＦ２｜￣＾—ＣＦ＋－?七＼今七＼七??Ｉ?Ｌ?〇?Ｊ?ｍｌ?ｆ??ＣＦ＾－ＣＦ－ＯｆＣＦｊｈ—Ｓ〇３Ｈ?Ｕ?Ｕ??ＣＦ３?＾＾ＳＯｊＨ??图１．３?（ａ）?Ｎａｔｉｏｎ化学结构；（ｂ）?ＢＡＭ３Ｇ化学结构【２８】??表１－１代表性Ｎａｆｉｏｎ价格表［２８］??Ｍ？＾ｂｒａｎｅ?ｃｉａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?Ｃｏｓｔ?Ｎｏｒｍａｌｉｓｅｄ?ｃｏｓｔ??（ＳＵＳＯ／ｃｍ３）??Ｐｎｏ？?ｌｉｓｔ?ｆｒｏｍ?Ｆｕｅｌ?Ｃｅｌ？?Ｓｔｏｔｔ；??Ｎｓｌｉｏｎ＊?ＮＲＥＨ２?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?１００?ｃｎ＾?Ｓ２４?Ｓ０－Ｊ４??Ｎａｆｉｏｎ４１?ＮＲＥ２１２?ｊａｅｍｂｒａｍ?ＳＤＯｃｍ＊?￥１３０?￥０．１４??Ｎａｆｉｏｎ＊?１１５ＣＳ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?Ｉ００ｃｎｊＪ?￥３０?Ｓ３?３０??Ｈａｆｅｏｎ＊?Ｕ５ＣＳ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?Ｓ＾Ｓｃｍ２?￥１７５?￥０．１９??Ｎａｆｅｎ＊?１１７ＣＳ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?ＩＯＯｏｔｊ１?￥３Ｓ?￥０．３５??Ｎａｆｉｏｎ＊?１１７ＣＳ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?９００?ｃｍ２?￥２００?￥０?２２??Ｐｎｃｅ?ｉｉ？ｔ?Ｊｒｏｍ?Ｆｕｅｌ?Ｃ？ｌｈｓ??Ｋｚｈｏｎ＊?ｍｉＳ?Ｍｅｍｂｉａｎ＊?９００ｃｔｎｓ?￥２８２?Ｓ０．３Ｊ??ＮａＳｏｎ＊?ＨＩＶ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ?９００ｃｍ１?￥３４０?Ｓ０．３８??Ｐｒｉｃｅ?ｌｉｓｔ?Ｕｏｍ?ｉｏｎ?ｆｔｅｗｅｒ，?ｉｎｃ．??ＮａＳｏｎ＊?Ｎ＋３１Ｓ?Ｍｅｍｔｗａｎｅ?的Ｏｃｍ‘?￥１５３?￥０?２１??ＨＹＤＲｋｒｎ１１＊?


本文编号：3564299