【摘要】：雙極膜電滲析(BMED)過程具有高效、環(huán)保等特點(diǎn)和優(yōu)勢,所以在有機(jī)酸的生產(chǎn)和工業(yè)廢水處理、回收等方面有著很好的應(yīng)用潛力。目前,BMED過程在乙酸、檸檬酸等的生產(chǎn)方面已經(jīng)有了很多的報(bào)道。不過,對于如何改進(jìn)膜的結(jié)構(gòu)和性能,以降低離子遷移阻力、提高生產(chǎn)效率,還需要進(jìn)一步的研究。特別是對于分子量較大的有機(jī)酸,如乳糖酸、羥乙基哌嗪乙磺酸等,由于酸根離子遷移活性低,如使用普通的致密離子膜,生產(chǎn)效率低,能耗高。本文制備了系列聚酰亞胺多孔陰離子交換膜(簡稱陰膜),將其應(yīng)用在BMED生產(chǎn)大分子羥乙基哌嗪乙磺酸以及去除水溶液中的硼等過程。全文各章的主要內(nèi)容如下:第一部分是通過相轉(zhuǎn)化法制備出一系列具有多孔結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺膜,改變相轉(zhuǎn)化過程中涂膜液的濃度,以調(diào)節(jié)膜的孔徑大小。利用具有多胺結(jié)構(gòu)的聚乙烯亞胺(PEI)對其進(jìn)行交聯(lián)改性,然后使用溴乙烷溶液進(jìn)行季銨化,從而得到多孔陰離子交換膜。對這些膜的性能進(jìn)行表征,包括紅外、膜形貌、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性等,隨后用于BMED過程生產(chǎn)羥乙基哌嗪乙磺酸。結(jié)果表明多孔聚酰亞胺陰膜對大分子有機(jī)酸根具有較高的滲透性,可有效實(shí)現(xiàn)大分子有機(jī)酸的生產(chǎn),取得比傳統(tǒng)致密膜更高的回收率。如在40V下運(yùn)行6小時后,羥乙基哌嗪乙磺酸的回收率在52.3-61.6%范圍內(nèi),作為對照的商業(yè)膜CJMA-3的回收率為46.5%,致密聚酰亞胺陰膜M-D只有7.4%左右。第二部分是通過改變相轉(zhuǎn)化過程凝膠浴的種類以制備不同結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺陰膜;同時引入季胺化氧化石墨烯(QGO),得到QGO-P84復(fù)合型陰膜。對其面電阻、水含量、離子交換容量以及形貌進(jìn)行表征,結(jié)果表明凝膠浴種類對膜孔結(jié)構(gòu)有顯著的影響;復(fù)合多孔陰膜具有更好的物化性能,其面電阻為1.6-1.9Ωcm~2、水含量為63-80%、離子交換容量為1.23-1.65 mmol/g。將以上膜應(yīng)用在BMED過程去除水溶液中的硼,可以取得比商業(yè)膜CJMA-3更好的分離效率。例如,采用優(yōu)化的復(fù)合膜M_(50)-QGO1(含有1wt%的QGO),在30 V下運(yùn)行3 h,硼的分離效率為76.6%,而商業(yè)膜CJMA-3分離效率為51.6%;復(fù)合膜在能耗和電流效率方面也有更好的優(yōu)勢。例如使用復(fù)合膜M_(50)-QGO1在20V條件下運(yùn)行,其能耗和電流效率值分別是26.16 kW h/kg和94.9%,優(yōu)于膜CJMA-3的性能(30.56 kW h/kg和81.2%)。最后為全文的總結(jié),通過將不同系列多孔聚酰亞胺陰膜運(yùn)用于以上兩個應(yīng)用領(lǐng)域,可以發(fā)現(xiàn)膜的多孔結(jié)構(gòu)有利于BMED過程中的離子遷移,從而能夠得到更高的羥乙基哌嗪乙磺酸產(chǎn)量和更高的硼分離效率。
【圖文】：

electrodialysis，簡稱 ED）的研究起始于 1903 年，M在透析袋內(nèi)外的溶液中，發(fā)現(xiàn)溶液中很多雜質(zhì)尤其是此后，電滲析技術(shù)和設(shè)備不斷得到改進(jìn)，離子交換膜子交換膜具有對陰離子和陽離子的選擇滲透性能，所驅(qū)動下可以實(shí)現(xiàn)定向遷移、分離、純化和濃縮。由應(yīng)用，主要應(yīng)用在海水淡化制鹽[1]以及濃縮脫鹽[2]等由陰陽離子交換膜（簡稱陰膜和陽膜）、隔板和電極者可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行不同的排布。例如，在工業(yè)可以采用如圖 1.1 所示的膜堆構(gòu)型，其中包括陰膜、、濃室和電極室。由于施加電壓產(chǎn)生了直流電場，濃室溶液中，與穿過陰膜的 Na+結(jié)合生產(chǎn)得到醋酸鈉水的解離反應(yīng)，即有氧化反應(yīng)發(fā)生在陽極上生成 O2生成 H2和 OH-。極）的氧化反應(yīng)： 2H O 4e O 4H22極）的還原反應(yīng)：-2_24 H O 4e 2H 4OH

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文。此外，，BMED 除如圖 1.2 所示 C-BP-A-C 膜堆P、BP-A-BP、BP-C-BP（圖 1.3）等，不同膜堆需要以及操作是否方便等情況[10]。綜上，BM集合等特點(diǎn)和優(yōu)勢，所以廣泛應(yīng)用在有機(jī)酸生產(chǎn)社會的高速發(fā)展。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ051.893

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2694962