【摘要】：在環(huán)境問題日益突出和能源需求不斷增長(zhǎng)的全球變化趨勢(shì)下,人們迫切需要新型技術(shù)手段以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)過程中的污染問題和發(fā)展新型可再生潔凈能源。自上世紀(jì)五十年代以來,離子交換膜技術(shù)吸引了研究人員的廣泛關(guān)注,目前已在化工領(lǐng)域、制藥領(lǐng)域、儲(chǔ)能領(lǐng)域等方面實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。作為一種高效的離子分離手段,離子交換膜擴(kuò)散滲析技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)廢酸的回收,擴(kuò)散滲析離子交換膜是擴(kuò)散滲析技術(shù)的核心組件,鑒于其工作時(shí)特殊的酸性環(huán)境,擴(kuò)散滲析膜通常需要良好的化學(xué)穩(wěn)定性。一般來說擴(kuò)散滲析膜多為單一聚合物構(gòu)成的致密膜或改性致密膜,但是傳統(tǒng)手段制備的致密擴(kuò)散滲析膜往往厚度較大,大大增加了氫離子傳質(zhì)過程中的阻力,因此往往選擇性不高。也有研究人員使用含有多種聚合物的異相膜,提高離子膜的穩(wěn)定性,但是這種方法制備的異相離子交換膜常常面臨聚合物之間相容性差的問題。為了解決聚合物之間的相容性問題,本實(shí)驗(yàn)采用了自由基聚合的方法制備了用于擴(kuò)散滲析的半互穿網(wǎng)絡(luò)聚(QVBC-DVB)/PVDF陰離子交換膜。獨(dú)特的半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得離子膜成為半均相膜,聚合物之間的相容性得到一定程度的提高,同時(shí)賦予了離子膜致密的斷面形貌,使離子膜具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,有效降低了膜的溶脹率。致密的膜結(jié)構(gòu)能夠保證離子膜在使用過程中保持形貌和結(jié)構(gòu)完整性,延長(zhǎng)使用壽命,但是目前大部分的擴(kuò)散滲析致密膜厚度都大于100μm,這種厚度對(duì)H+的傳遞造成了極為不利的影響,是制約擴(kuò)散滲析膜性能的主要因素之一。為了降低聚(QVBC-DVB)/PVDF致密陰膜的厚度,受傳統(tǒng)非對(duì)稱膜結(jié)構(gòu)的啟發(fā),我們利用外加電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)聚(QVBC-DVB)/PVDF陰膜中的帶電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從表面處遷移出離子膜基體,在遷移走的位置留下海綿狀孔,使得陰膜形成上下表面多孔、中間層致密的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)節(jié)電場(chǎng)作用時(shí)間和電流密度對(duì)多孔層和致密層的厚度進(jìn)行調(diào)控,50 mA/cm2的外加電場(chǎng)作用72 h可使離子膜致密層厚度由80 μm減小到46.8 μm,100 mA/cm2的外加電場(chǎng)作用48 h可使離子膜致密層厚度由80μm減小到56.8 μum,而過長(zhǎng)的電流作用時(shí)間則會(huì)將致密層厚度減至零,使其成為多孔膜。為了探究所制備的分層多孔聚(QVBC-DVB)/PVDF陰膜的擴(kuò)散滲析性能,我們測(cè)試了陰膜的基本性質(zhì)和從HCl/FeCl2體系回收鹽酸的效果。如果固定電流密度為100 mA/cm2,那么隨著電場(chǎng)作用時(shí)間的增加,陰膜的IEC越來越低,這個(gè)結(jié)果與掃描電鏡結(jié)果相一致,96h后陰膜的IEC降至0.15mmol/g,和聚(QVBC-DVB)/PVDF基膜的IEC(1.16 mmol/g)相比大幅降低;而48 h的電場(chǎng)作用能夠在降低致密層的厚度的同時(shí)使陰膜保持較高的IEC(0.928 mmol/g)。值得注意的是,離子膜的含水率反常地隨IEC的降低而提高,這是因?yàn)楹＞d狀多孔層厚度的增加使得離子膜有較高的保水率,補(bǔ)償了 IEC降低導(dǎo)致的氫鍵減少。擴(kuò)散滲析結(jié)果表明,經(jīng)50mA/cm2的電場(chǎng)作用后所得的分層多孔聚(QVBC-DVB)/PVDF陰膜具有最高的分離因子(s)和氫離子滲析系數(shù)(UH+),其UH+達(dá)到12.12×l0-3m/h,分離因子s可達(dá)198�？偟膩碚f,我們制備出半互穿網(wǎng)絡(luò)聚(QVBC-DVB)/PVDF致密陰膜,并通過外加電場(chǎng)的方法促使其致密層厚度降低,形成上下表面多孔中間層致密的非對(duì)稱結(jié)構(gòu),在保持穩(wěn)定性的同時(shí)降低了擴(kuò)散滲析過程中的傳質(zhì)阻力,為提升擴(kuò)散滲析膜性能提供了新的思路。
【圖文】：

般由極薄的致密表層（或細(xì)孔表層）和表層下面疏松的多孔支撐層構(gòu)成；復(fù)合膜逡逑則是在非對(duì)稱膜的支撐層上通過物理或化學(xué)方法復(fù)合一層或多層皮層得到，，其中逡逑每一個(gè)亞層的結(jié)構(gòu)都可以分別調(diào)控。圖１．１展示了常見的離子交換膜及其分類方逡逑法。逡逑按離子交換基團(tuán)的種類邐按帶電基團(tuán)與主鏈的結(jié)合方式邐按元素組成逡逑／邋＼逡逑？陰離子交換膜邐ｔ邐．邐（邐Ｎ逡逑？陽離子交換膜邐？均相膜邐？有機(jī)離子膜逡逑？?jī)尚阅み�？異相膜邐？無機(jī)離子膜逡逑？雙極膜邐？半知相膜邐？有機(jī)－無機(jī)雜化膜逡逑＞離子交換膜逡逑＇邐＠}0ｉ邐ｆ邐＿對(duì)稱膜ｉ邐〔？岕膜￣逡逑．２５氃邐？非對(duì)稱膜邐？管狀膜逡逑多

本文編號(hào)：2605540