【摘要】：雙極膜的主要結(jié)構(gòu)包括陰離子交換膜、陽離子交換膜及雙極膜中間界面層。因其工業(yè)應(yīng)用過程中能耗低、無污染的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于有機(jī)酸的制備、重金屬離子回收,通過提高制膜工藝,改性雙極膜性能,制備低能耗新型雙極膜是本研究的目的。本文選用用聚電解質(zhì)海藻酸鈉(SA)和聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)通過FeCl3螯合反應(yīng)生成陽膜層,聚乙烯亞胺(PEI)為中間粘合劑,分別選用異相或均相陰膜為基膜,制備兩種雙極膜。結(jié)果表明經(jīng)過鐵離子螯合后的雙極膜的工作電壓降低,熱穩(wěn)定性能提高。異相-均相雙極膜最佳優(yōu)化變量值為SA0.5wt%、FeCl3 9wt%、PSS 2wt%,噴涂比例1:2:1.5,噴涂層數(shù)14層,100mA/cm2電流密度下電壓值1.80V;均相雙極膜最佳優(yōu)化變量值為SA 0.5 wt%、FeCl3 9 wt%、PSS2wt%,噴涂比例1:2:2,噴涂3-10層,100mA/cm2電流密度下電壓值最低達(dá)到0.69V,噴涂11-20層,100mA/cm2電流密度下電壓值在1.0-1.3V 波動。掃描電鏡表征均相雙極膜相比異相膜中間界面層粘結(jié)更加緊密無氣泡;紅外表征兩種膜均能看到PSS中磺酸基團(tuán)引入到雙極膜陽膜層;XPS表征發(fā)現(xiàn)均相膜內(nèi)中Fe2p的結(jié)合能為712eV,比FeCl3中Fe2p的結(jié)合能(711.2eV)升高了 0.8eV,而異相膜內(nèi)未有變化,說明均相膜內(nèi)Fe3+參與了螯合反應(yīng);表面接觸角值最小值均相膜47.5°相比異相膜76.7°更小,膜表面更加親水;熱穩(wěn)定性表征得出均相膜內(nèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子更耐高溫。
【圖文】：

ｎｌｌ逡逑０逡逑圖１－２邋ＳＡ與ＰＳＳ在Ｆｅ３＋下的螯合反應(yīng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｃｈｅｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｏｄｉｕｍ邋ａｌｇｉｎａｔｅ邋ｗｉｔｈ邋ｓｏｄｉｕｍ邋ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｆｅｒｒｉｃ邋ｉｏｎ逡逑本研究進(jìn)行雙極膜的制備流程如下圖：逡逑ＰＥＩ邐ＦｅＣｌ３逡逑超聲噴涂逡逑陰離子交換基膜邐匕邐＾逡逑有耗盡區(qū)的尖銳界面制備逡逑ＳＡ邋ＦｅＣｌ３邋ｐｓｓ逡逑恒溫干燥邐Ｉ邋Ｈ邋＃逡逑雙極膜逡逑陽離子交換膜噴涂逡逑圖１－３雙極膜的制備逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｂｉｐｏｌａｒ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑１４逡逑

ｇ、將干燥后的雙極膜浸泡到０．５邋ｍｏｌ／ＬＮａＣｌ溶液中２天，以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)表逡逑征所用。逡逑雙極膜制備中噴涂過程如圖２－１所示：逡逑Ｃ丨￣￣￣ｆｑ：°［３逡逑■墻邐Ｘ邐超聲噴頭邐？制器逡逑注射器邐Ｉ邐＾邐１邐注射器逡逑真空泵邐真空泵逡逑圖２－１超聲霧化噴涂裝置逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ａｔｏｍｉｚｉｎｇ邋ｓｐｒａｙｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑２．４雙極膜的相關(guān)表征逡逑２．４．１１－Ｖ曲線測試逡逑為研究雙極膜工作過程中的壓降變化情況，，本研宄采用合肥科佳高分子有限逡逑公司自制的Ｉ－Ｖ曲線測試裝置進(jìn)行測定。本裝置是一個小型四隔室水解離槽，分逡逑別對應(yīng)的是陰極室、酸室、堿室和陽極室，中間通過Ｎａｆｉｏｎ膜進(jìn)行隔開，外部逡逑０．５ｍｏｌ／Ｌ氯化鈉溶液與酸、堿隔室相連，０．５ｎｉｏｌ／Ｌ硫酸鈉溶液與陰、陽極隔室逡逑相通。雙極膜進(jìn)行Ｉ－Ｖ曲線測定的一般步驟：將浸泡過的雙極膜裁剪成面積為７逡逑ｃｍ２圓形樣膜固定于中間隔板處，兩側(cè)分別接萬能表電壓檔的正負(fù)極，啟動蠕動逡逑泵進(jìn)行氯化鈉溶液貫通，待裝置內(nèi)電解液環(huán)境穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源電流值逡逑０－０．８４邋Ａ，調(diào)節(jié)間隔０．０７Ａ，待萬能表電壓值穩(wěn)定后記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。逡逑２．４．２雙極膜表面及斷面形貌表征逡逑為了研究雙極膜表面形貌和斷面結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2710993