侧链自交联型阴离子交换膜的制备及在电渗析中的应用

摘要

作为一种高效的分离和提纯技术，电渗析技术已经越来越广泛的应用于工业生产以及日常生活中，而离子交换膜作为电渗析器的核心组件直接决定了电渗析性能的好坏。而随着生产生活的发展，电渗析技术对离子交换膜的性能也有了越来越高的要求。
　　可应用于电渗析水处理的离子交换膜应该具备如下性质:(1)较高的离子交换容量和电导性;(2)高的离子选择性;(3)适度的含水量。目前，现有的阳膜如Nafion(@)已经能够满足上面的条件，但是应用于电渗析过程中的阴膜却很难达到所有的条件，而且传统的阴膜制备过程中存在两个问题(1)氯甲基化时会使用氯甲醚，而氯甲醚是一种剧毒物质。(2)在引入功能基团的季铵化过程中，往往需要将基膜浸泡在三甲胺中，而这种后功能化的处理方式通常难以控制，而且三甲胺溶液的溶剂化作用会降低膜的稳定性。
　　本文利用溴化聚苯醚(BPPO)与单体N-4-乙烯基苯基-N，N-二甲胺(VBN)在常温下直接反应，然后热聚成的系列侧链自交联阴离子交换膜来解决上述问题。通过改变VBN和BPPO的比例制备出一系列的侧链自交联阴离子交换膜，并对膜的离子交换容量(IEC)、含水率(WR)、机械性能、导电性能、离子选择性能进行了表征，并对其电渗析脱盐性能进行了测试。然后，通过改变聚合温度，测试了聚合温度对膜性能的影响，将两个条件综合比较分析得出了最优的实验条件。实验结果表明，在最优条件下的侧链自交联膜IEC能够达到1.8mmol g-1左右，含水率可以控制在25％以内，面电阻小于5Ω cm-2，断裂强度超过30Mpa，迁移数超过0.97，并在电渗析脱盐测试中表现出了超越商业阴膜AMX的脱盐能力。综合该膜的各项指标，并加之合成所需要的原料易得，合成方法简单，因此具有相当的工业应用潜力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 离子交换膜

1．1．1 离子交换膜概述

1．1．2 离子交换膜的发展与应用

1．1．3 离子交换膜的制备

1．1．4 离子交换膜的主要性能表征

1．2 电渗析过程

1．2．1 电渗析技术的发展

1．2．2 电渗析技术原理

1．2．3 电渗析技术应用

1．3 论文设计思想和主要工作

参考文献

第二章 侧链自交联阴离子交换膜的制备和表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料

2．2．2 N-4-乙烯基苯基-N，N-二甲胺(VBN)的合成

2．2．3 自交联膜的制备

2．2．4 离子交换膜的表征

2．3 实验结果和讨论

2．3．1 N-4-乙烯基苯基-N，N-二甲胺(VBN)的结构分析

2．3．2 侧链自交联膜的红外分析

2．3．3 侧链自交联膜的离子交换容量

2．3．4 侧链自交联膜的含水率和溶胀度

2．3．5 侧链自交联膜的面电阻

2．3．6 侧链自交联膜的机械性能测试

2．3．7 侧链自交联膜的迁移数

2．3．8 侧链自交联膜的电渗析性能测试

2．4 本章小结

参考文献

第三章 聚合温度对侧链自交联膜性能的影响研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 侧链自交联膜的制备

3．2．3 膜性能的表征

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 温度对侧链自交联膜的离子交换容量的影响

3．3．2 温度对侧链自交联膜的含水率和溶胀度的影响

3．3．3 温度对侧链自交联膜的面电阻的影响

3．3．4 温度对侧链自交联膜的迁移数的影响

3．3．4 侧链自交联膜的电渗析性能的影晌

3．4 本章小结

参考文献

第四章 全文总结

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果