在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域尤其是電鍍、冶金和金屬表面清洗的工業(yè)過程中,會使用大量的硫酸并產(chǎn)生含有金屬離子的廢酸液。若廢酸液不經(jīng)處理直接排放,會造成嚴(yán)重的環(huán)境問題,如水、土壤污染等,同時還會造成資源的大量浪費。因此,對廢酸進行合理的回收利用越來越受到重視,衍生出眾多的方法。而在眾多方法中,采用電滲析進行回收廢酸是一種合理的選擇,因為它具有環(huán)境友好、無污染、回收效率高等特點。離子交換膜作為電滲析技術(shù)的核心部件,對分離性能的影響尤為重要。由于長期運行在酸性條件下,膜的機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性受到?jīng)_擊;然而面臨的最大挑戰(zhàn)是如何獲得既具有高的H+滲透通量又具有較高滲透選擇性的陽離子交換膜。本文以磺化聚醚醚酮(SPEEK)作為基材,由于其具有優(yōu)異的機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性,在酸性條件下能相對穩(wěn)定的存在。通過不同的活化反應(yīng)制備了一系列包含不同側(cè)鏈的梳狀陽離子交換膜,并研究了它們在電滲析回收廢酸中的相關(guān)性能。主要研究內(nèi)容如下:(1)利用二氯亞砜(SOCl2)的反應(yīng)活性將聚乙二醇(PEG)接入到SPEEK主鏈上。分析PEG長鏈的接入對陽離子交換膜吸水率、溶脹率、機械性能、熱穩(wěn)定性和電滲析等性能的影響。由于PEG長鏈的親水性和氫鍵作用,陽離子交換膜的吸水率由30.8%增加到36.8%,溶脹率由12.7%增加到18.6%。對于電滲析性能,H+的滲透通量有所提高,由原始的1.33×10-7 mol·cm-2.s-1增加到3.29×10-7 mol·cm-2·s-1,但同時伴隨著Fe2+的泄露也有所增加,選擇性最高達(dá)到23.7。(2)為進一步降低陽離子交換膜的溶脹率,提高電滲析性能,通過CDI活化反應(yīng)將疏水性的烷基側(cè)鏈接入SPEEK主鏈上,制備了一系列含有烷基側(cè)鏈的梳狀陽離子交換膜。調(diào)節(jié)接入的烷基鏈長度來調(diào)控陽離子交換膜的微相分離結(jié)構(gòu),烷基鏈越長,親水/疏水微相分離越明顯。結(jié)果表明疏水烷基鏈的接入能有效降低膜的溶脹率,從原始的12.7%降低至7.1%。形成的微相分離結(jié)構(gòu)能明顯增加H+滲透通量,由原始的1.33×1 0-7 mol·cm-2·s-1增加到2.41×10-7 mol·cm-2·s-1,同時阻隔Fe2+泄露,從而保持較高的H+/Fe2+滲透選擇性,最高能達(dá)到32.13。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ425.236;X703
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 廢酸液的來源與回收處理
        1.1.1 廢酸液的來源
        1.1.2 廢酸液的處理與回收利用
    1.2 電滲析
        1.2.1 電滲析的發(fā)展
        1.2.2 電滲析的基本原理
        1.2.3 電滲析技術(shù)的分類
    1.3 離子交換膜
        1.3.1 離子交換膜的種類
        1.3.2 離子交換膜的材料
        1.3.3 離子交換膜的制備方法
        1.3.4 離子交換膜的主要性能
    1.4 電滲析法回收廢酸用離子交換膜的研究現(xiàn)狀
    1.5 課題研究目的、意義及主要內(nèi)容
        1.5.1 研究目的及意義
        1.5.2 研究內(nèi)容
        1.5.3 研究技術(shù)路線圖
第二章 實驗內(nèi)容、裝置及測試分析方法
    2.1 實驗藥品與儀器
        2.1.1 實驗藥品
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 實驗方法
        2.2.1 磺化聚醚醚酮（SPEEK）合成
        2.2.2 接枝不同分子量聚乙二醇的SPEEK
        2.2.3 接枝不同長度烷基側(cè)鏈的SPEEK
        2.2.4 離子交換膜的制備
    2.3 膜結(jié)構(gòu)表征與基礎(chǔ)性能測試
1H NMR）'>        2.3.1 核磁共振波譜測試（¹H NMR）
        2.3.2 吸水率、溶脹率與離子交換容量測試
        2.3.3 力學(xué)性能測試
        2.3.4 熱穩(wěn)定性分析測試（TGA）
        2.3.5 化學(xué)穩(wěn)定性測試
        2.3.6 小角X射線散射（SAXS）
    2.4 陽離子交換膜電滲析性能測試
        2.4.1 質(zhì)子導(dǎo)電率測試
        2.4.2 膜面電阻測試
        2.4.3 電流-電壓（I-V）曲線測試
        2.4.4 電滲析測試
第三章 親水改性陽離子交換膜用于電滲析廢酸回收
    3.1 引言
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 核磁共振波譜測試
        3.2.2 吸水率、溶脹率與IEC
        3.2.3 質(zhì)子導(dǎo)電率
        3.2.4 熱穩(wěn)定性
        3.2.5 化學(xué)穩(wěn)定性
        3.2.6 力學(xué)性能
        3.2.7 小角X射線散射（SAXS）
        3.2.8 電流電壓（I-V）曲線和膜面電阻
        3.2.9 電滲析回收廢酸
    3.3 本章小結(jié)
第四章 疏水改性陽離子交換膜用于電滲析廢酸回收
    4.1 引言
    4.2 結(jié)果與討論
        4.2.1 核磁共振波譜測試
        4.2.2 吸水率、溶脹率與IEC
        4.2.3 質(zhì)子導(dǎo)電率
        4.2.4 熱穩(wěn)定性
        4.2.5 化學(xué)穩(wěn)定性
        4.2.6 力學(xué)性能
        4.2.7 小角X射線散射（SAXS）
        4.2.8 電流-電壓（I-V）曲線和膜面電阻
        4.2.9 電滲析回收廢酸
    4.3 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
論文發(fā)表情況
附錄
致謝

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本文編號：2850961