基于点击化学改性聚苯阴离子交换膜用于扩散渗析研究

摘要

随着工业的发展，酸性废水的排放日益增加。钢铁加工，钛白加工，电镀，采矿等行业产生的大量废酸若不加以处理排放在水环境中，会造成生态的严重污染。而且还会造成资源的浪费及不合理利用。所以，现在对废酸回收的研究越来越重视，同时生成了诸多方法在废酸的研究处理上。但许多处理方法由于其高额的设备成本，能源浪费，一些中小型企业无法承受。扩散渗析法作为一种废酸回收处理方法，利用渗透压作为驱动力，使价态低的离子如氢离子透过膜，而价态高的金属离子被膜截留，达到了废酸回收的目的。在扩散渗析过程中，由于不需要额外的压力，所以其具有低能耗，操作简单，环保等诸多优点引起了广泛的关注。
　　本文以聚苯醚(PPO)作为高分子骨架，由于其材料具有良好的耐酸性，机械强度优良，易于加工且热稳定性好等特点。通过一种简单高效的合成方法，“点击化学”的方法制备出了一种具有高效的氢离子扩散速率及离子选择性的阴离子交换膜，并成功的应用于扩散渗析回收处理盐酸与氯化亚铁混合溶液体系当中，使得其分离效果得到明显的改善。
　　本文第一个实验部分利用丙炔基三甲胺盐为主要功能基团，以弱酸性基团丙炔酸作为辅助基团，利用点击化学合成了混合电荷膜PPO-XxYy系列聚合物。之后采用流延法得到了透明的均匀的棕色阴离子交换膜。通过吸水率，溶胀率，离子交换容量，及扩散渗析性能等一系列的测试，得到的PPO-X35Y20阴离子交换膜，其氢离子渗透率(UH+）为0.021m/h，且选择性(S)可以达到34.52。并且加入弱酸性辅助基团的膜比没加入辅助基团的膜，其具有较高的氢离子渗透性及选择性。得出了弱酸性辅助基团丙炔酸的引入有利于促进氢离子的传递，并且成功的打破了“trade-off”效应。
　　本文第二个实验部分利用丙炔基三甲胺盐为主要功能基团，以弱碱性基团N，N-二乙基-1-丙炔作为辅助基团，合成了一系列功能膜N-PPO-XxYy。在30℃下其氢离子渗透率最高可达(UH+)0.027m/h，且选择性高达(S)67.74，这是在N-PPO-X35Y20测出的结果。而且对比PPO-X40膜，即没有辅助基团的膜，N-PPO-X35Y5的膜明显性能高于没加辅助基团的膜，说明了弱碱性叔胺辅助基团可以大大促进氢离子的渗透性以及选择性。而且比商业膜DF-120(UH+为0.012m/h,S为22.9)的性能高出两倍以上。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 离子交换膜简介

1．1．1 离子交换膜的发展

1．1．2 离子交换膜的构成与应用

1．2 回收废酸的主要方法

1．2．1 高温水解法

1．2．2 中和沉淀法

1．2．3 结晶法

1．2．4 溶剂萃取法

1．2．5 离子交换法

1．2．6 膜分离法

1．3 扩散渗析概述

1．3．1 扩散渗析简介

1．3．2 扩散渗析法理论模型

1．3．3 扩散渗析理论介绍

1．4 扩散渗析用膜材料

1．4．1 用于扩散渗析的聚砜类材料

1．4．2 用于扩散渗析的聚乙烯醇材料

1．4．3 用于扩散渗析的聚苯醚材料

1．4．4 用于扩散渗析的聚苯乙烯材料

1．5 点击化学简介

1．6 论文研究的目的、意义及主要内容

1．6．1 研究目的及意义

1．6．2 研究主要内容

1．6．4 研究技术路线图

第二章 聚苯醚改性膜的制备与性能测定

2．1 实验试剂及仪器

2．2 实验方法与步骤

2．2．1 实验药品及条件

2．2．2 聚合物的合成过程

2．2．3 均质膜的制备

2．2．4 膜结构表征与性能测定

2．2．5 扩散渗析性能的测定

第三章 弱酸型辅助基团对扩散渗析性能影响

3．1 核磁共振波谱分析

3．2 离子交换膜性能分析

3．2．1 水含量(WU)溶胀率(SR)以及离子交换容量(IEC)分析

3．2．2 扩散渗析性能分析

3．3 本章小结

第四章 弱碱型辅助基团对扩散渗析性能影响

4．1 核磁共振波谱分析

4．2 离子交换膜性能分析

4．2．1 水含量(WU)溶胀率(SR)以及离子交换容量(IEC)分析

4．2．2 扩散渗析性能分析

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

论文发表情况

致谢