聚吡咯膜离子交换性能及电化学净水研究

摘要

聚吡咯是典型的导电聚合物，具有制备容易、无毒无害及稳定性好等优点。聚吡咯膜的特性之一是在所施加的一定电位的控制作用下，能够进行可逆的离子的掺杂和脱掺杂过程，使离子在膜内和与膜接触的溶液中进行可逆的交换，是一种新型环境友好电控离子交换树脂材料。 本文以十二烷基磺酸根为掺杂阴离子通过电化学方法在铂电极上制备了PPy/DBS复合膜，采用循环伏安法考察了不同溶液中PPy/DBS复合膜的电控离子交换能力，探讨了PPy/DBS复合膜电控离子交换的机理。实验结果表明制备的PPy/DBS复合膜具有良好的电化学活性、离子交换能力及长时间的稳定性。PPy/DBS复合膜内的离子交换是准可逆过程，膜内离子传输受扩散控制并遵循半无限扩散定律。溶液中离子的浓度、离子的种类是膜内阳离子交换的主要影响因素。对于不同的阳离子，PPy/DBS复合膜对其交换能力为如下顺序：K+>Na+>Ca2+>Mg2+。 以活性炭纤维(ACF)为基底电极，采用电化学恒电位聚合法制备了掺杂十二烷基苯磺酸阴离子(DBS-)的聚吡咯(PPy)复合膜(ACF/PPy/DBS)，分别考察了聚合时间为0.5小时和l小时的两种复合膜(APD0.5和APD1)对Na+和Ca2+的电控离子交换性能、电流效率以及稳定性，并使用扫描电镜表征和分析了复合膜的形貌。结果表明，复合膜的膜厚随聚合时间的延长而增加，膜厚与阳离子的交换量成正比，但对离子交换的电流效率没有明显影响。在阳离子掺杂过程中，复合膜内阳离子的掺杂量和电流效率随阴极极化电位的负移而增大；在阳离子解析过程中，复合膜内阳离子解析的电流效率随阳极极化电位的正移而降低，但解析量的变化不大。经过50次循环伏安扫描后，复合膜APD0.5对Na+和Ca2+的电控离子交换量减小到扫描前的92.35％和88.1％；APD1对Na+和Ca2+的电控离子交换量减小到扫描前的98.8％和94.1％。PPy/DBS膜对Na+和ca2+的理论离子交换容量分别为1.923 mmol/g和0.9615 mmol/g，PPy/DBS膜对Na+和Ca2+的实际离子交换容量分别为1.064mmol/g和0.379 mmol/g。 此外还进行了电化学沉淀法去除水中的成垢离子、降低水的硬度的研究，为循环冷却水的除盐降垢提供了新的方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一部分

1聚吡咯研究进展

1.1导电聚合物简介

1.2聚吡咯膜的制备

1.3聚吡咯膜电化学制备的影响因素

1.4聚吡咯膜的电化学性质及其应用

1.5聚吡咯膜目前存在的问题及发展方向

1.6本研究的主要内容、目的和意义

2聚吡咯膜的电化学制备及表征

2.1实验药品及设备

2.2 Pt/PPy/DBS复合膜的制备

2.3 ACF/PPy/DBS复合膜的制备及表征

2.4小结

3 PPy/DBS的离子交换理论研究

3.1实验药品、仪器和装置

3.2 PPy/DBS离子交换原理

3.3结果与讨论

3.4小结

4 ACF/PPy/DBS的离子交换性能研究

4.1实验药品、仪器和装置

4.2 ACF/PPy/DBS复合膜离子交换实验方法

4.3结果与讨论

4.4 小结

第二部分

5电化学在循环冷却水除垢中的应用

5.1循环冷却水处理方法

5.2电化学处理循环冷却水

5.3实验的目的和意义

5.4实验装置

5.4结果与讨论

5.5 小结

6结论与创新点

6.1主要结论

6.2创新点

6.3建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢