低电阻异相阳离子交换膜的制备与表征

王凯凯

中国海洋大学

摘要：

异相离子交换膜因其本身固有的优点，如制备操作容易、成本相对较低、较稳定易存储、机械性能优良且不易变形等，仍在很多领域，特别是在水处理及废水再利用领域备受青睐，因此异相离子交换膜的性能改善（主要针对其电化学性能）仍具有重要意义及实际应用价值。从离子交换膜的性能来看，离子交换膜的电阻率和选择透过能力与电渗析过程中的能耗和分离效率两大主要膜性能密切相关。本文分别从离子交换树脂和粘结剂两个角度对异相阳离子交换膜的性能进行改善研究，考察降低膜电阻的方法原理及其对膜的离子选择性能的影响。　　本文分别以自制的离子交换容量不同的磺化聚苯乙烯微球替换异相阳离子交换膜中的部分商品离子交换树脂，以不同磺化度的磺化聚醚砜替换异相阳离子交换膜中的部分粘结剂，以减小减少离子交换膜中的惰性区域，改善膜性能。并经过对异相阳离子交换膜的各项性能，包括交换性能、电学性能和传质性能进行表征与对比分析，研究磺化聚苯乙烯微球和磺化聚醚砜对异相离子交换膜电化学性能的影响。　　本文中，磺化聚苯乙烯微球作为一种自制小粒径离子交换树脂，先后通过分散聚合和浓硫酸磺化制备而成，平均粒径及粒径分布的平均方差分别为11.02μm和1.61，具有单分散性，相对商品离子交换树脂颗粒其颗粒对离子交换膜结构的破坏能力较小;磺化聚醚砜经反应活性高的氯磺酸磺化而成，主要与聚氯乙烯掺杂用作异相阳离子交换膜的粘结剂。自制的异相阳离子交换膜通过流涎法蒸发溶剂制备而成。　　以磺化聚苯乙烯微球替换异相阳离子交换膜中的部分商品离子交换树脂时，提高离子交换膜中磺化聚苯乙烯微球所占的比率（0，5wt％，10wt％），或者增大所使用的磺化聚苯乙烯微球的离子交换容量(0.62 mmol/g(干)，1.21 mmol/g（干）)，都能起到降低离子交换膜的电阻率的作用，且离子交换膜中的总树脂含量越低，其作用越明显。但若所使用磺化聚苯乙烯微球的离子交换容量过小，提高离子交换膜中磺化聚苯乙烯微球所占的比率会使膜的选择透过能力降低，而如果同时提高所使用的磺化聚苯乙烯微球的离子交换容量，便能在降低离子交换膜的电阻率的同时，保持离子交换膜相对较好的选择透过能力;以不同磺化度(0～15.29％)的磺化聚醚砜替换异相阳离子交换膜中的部分粘结剂时，若磺化聚醚砜在粘结剂中所占的比重相同（14wt％），离子交换膜的电阻率受磺化聚醚砜磺化度的影响较小，而膜的选择透过性会随着聚醚砜磺化度的提高而增加。当制备异相阳离子交换膜所使用的磺化聚醚砜的磺化度相同时(15.29％)，随着磺化聚醚砜在粘结剂中所占比重的提高，膜的电学性能和传质性能都会得到明显的改善提升。

关键词：低电阻异相阳离子交换膜;制备工艺;交换性能;传质性能;电化学性能

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：化学工程

导师姓名：汪锰

学位年度：2015

语种：中文

分类号：TQ425.236

页数：84

在线出版日期：2016-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）