離子交換膜制備及膜粒子摻雜改性研究.pdf

1、在科技創(chuàng)新日益受到重視的大環(huán)境下，作為低能耗、低污染、高效率代表的離子交換膜技術(shù)已經(jīng)在生物制品、食品加工、化學(xué)工業(yè)和環(huán)境保護等眾多領(lǐng)域之中得到越來越廣泛的研究與運用。在新型膜法電積工藝中，以陰，陽離子交換膜作為組件核心，將電解槽分為陽極室，陰極室和中隔室，利用其定向遷移特性，能有效提煉高純度金屬并解決傳統(tǒng)工藝中不可避免產(chǎn)生大量氯氣的問題。因而制備綜合性能優(yōu)良的選擇透過性膜成為研究的重點。
　　氟碳高聚物作為制備膜的良好基材，特別是

2、聚偏氟乙烯(PVDF)，其韌性高強度大，化學(xué)性能穩(wěn)定，抗污染性能強，此外，PVDF表面易于形成自由基增長點，使得其成為制備陽離子交換膜的首選材料，課題對PVDF膜的各種制備方法進行了概述，采用了化學(xué)接枝苯乙烯的方法制備PVDF陽離子交換膜。對制備過程中的澆鑄，堿化，接枝，磺化等條件進行了探索研究，找到了最優(yōu)制備條件并提出了對成品陽離子交換膜綜合性能測試的方法。綜合性能測定指標(biāo)包括:膜厚度，耐破度，含水率，親水性接觸角，膜最大孔徑，膜電阻

3、，膜抗氧化性，膜離子交換容量和選擇通過性這九個指標(biāo)。最后對制各過程進行摻雜改性研究，選擇了在澆鑄液中摻雜一定量的納米無機顆粒的改性方法，針對在含水率和選擇透過性等性能上的不足作進一步的改性。
　　通過實驗確定了制備PVDF陽離子交換膜的最佳條件，當(dāng)PVDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14％，刮膜厚度為0.15 mm，刮膜溫度為50℃時所得的成品基膜具有較好的耐破度。當(dāng)堿化條件為KOH濃度0.1 mol/L，堿處理時間50 min，反應(yīng)溫度70℃時所

4、制得的基膜有較高的接枝率且對基膜機械強度不會產(chǎn)生破壞，紅外光譜分析結(jié)果顯示經(jīng)過堿處理的PVDF基膜表面生成了碳碳雙鍵和羥基等活性基團，能為后續(xù)接枝反應(yīng)提供必要條件。當(dāng)接枝溫度為70℃，反應(yīng)時間為4h，且在接枝過程中加入引發(fā)劑能顯著提高接枝率。當(dāng)磺化溶液選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98％的濃硫酸，磺化時間為4h?；腔瘻囟葹?0℃時所得的成品膜具有較高離子交換容量。通過對自制PVDF膜的綜合性能測試結(jié)果可以看出自制PVDF膜具有較好的離子交換功能，各項性