长效型单价选择性阳离子交换膜的制备与表征
在单价选择性阳离子交换膜的制备中，通过对普通阳离子交换膜(CEM)进行表面修饰而使其具有单价选择性已经成为了一个重要的方法，但是在实际应用中，带正电荷的聚合物电解质由物理吸附作用与阳离子交换膜表面结合，经过长期连续的电渗析会使其脱离膜表面。因此，有许多学者着手从不同方面研究增加改性层与膜表面的作用力，延长改性膜的使用寿命。因此，本文选用环境友好型绿色材料壳聚糖，作为改性材料引入CEM表面，制备单价选择性阳离子交换膜，使用两种主要方法增加膜的使用时间：一是物理强化法，对CEM表面用砂纸打磨增加改性层与CEM表面的作用面积；二是化学键合法，使用化学反应使改性层与CEM表面以共价键形式结合。 物理强化法：采用浸泡法将壳聚糖引入CEM表面，引入打磨和交联两种方法增加改性CEM的耐久性，考察壳聚糖溶液浓度和制备阶段对改性CEM性能的影响。动态电渗析试验H+/Zn2+、Na+/Mg2+体系中，当壳聚糖浓度为2％（w/v）时，Zn2+、Mg2+的迁移数最低，分别为0.003708、0.05238，与未改性CEM相比，分别下降了87%、77%。对于不同制备阶段的H+/Zn2+体系，当CEM进行打磨、浸泡、交联、季胺化后，Zn2+迁移数最低，为0.003708，与未改性CEM相比下降了87%。在Na+/Mg2+体系中Mg2+的迁移数在CEM进行了打磨、浸泡、交联后最小，为0.01664，与未改性CEM相比下降了93%，说明所制备的单价选择性阳离子交换膜对于多价阳离子的渗透率明显降低。采用扫描电子显微镜进行膜形貌表征，显示改性后的CEM表面比未改性的CEM表面更加的致密、光滑。同时改性CEM寿命考察实验显示，在对改性CEM用2%（v/v）醋酸浸泡振荡不同时间后，打磨交联后的CEM与未进行打磨交联的改性CEM相比，多价阳离子渗透率更低，且耐久性良好。 化学键合法：以合成的叠氮功能化壳聚糖（AZ-CS）为改性材料，用浸泡、光照的方法将AZ-CS以共价键形式结合在CEM表面，而后经过不同的后续改性步骤制备单价选择性阳离子交换膜，考察了不同制备阶段对于改性CEM性能的影响。动态电渗析实验H+/Zn2+体系中，AZ-CS浸泡光照1%CS浸泡交联季胺化CEM的Zn2+的迁移数最小，为0.008756，与未改性CEM相比降低了77%，在Na+/Mg2+体系，AZ-CS浸泡光照1%CS浸泡交联的CEM的Mg2+的迁移数最低为0.02864，与未改性CEM相比降低了87%，说明所制备的单价选择性阳离子交换膜对于多价阳离子的渗透率明显降低。用原子力显微镜对CEM表面形态进行表征显示，AZ-CS改性后的CEM与未改性CEM相比，表面更加均匀致密，平均粗糙度从0.00871μm降低到0.0067μm。改性CEM寿命考察实验证明，在改性CEM经过2%（v/v）醋酸超声振荡不同时间后，改性层与CEM表面以化学键相结合的改性CEM，离子迁移数改变小，说明耐久性良好。 本工作较全面的探讨了两种改性方法制备的单价选择性阳离子交换膜的制备方法、表面形貌及基本性能，表明两种制备单价选择性阳离子交换膜方法的可行性以及所制备的改性膜的使用寿命相对较长、耐久性良好。
单价选择性阳离子交换膜;物理强化法;化学键合法;表面形貌
中国海洋大学
硕士
无机化学
汪锰
2013
中文
TQ425.236
92
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）