全氟磺酸离子交换膜应用于电化学中的研究

摘要

全氟磺酸离子交换膜是一种固体聚合物电解质，具有优良的耐热性能、力学性能、电化学性能以及化学稳定性能等，所以全氟磺酸离子交换膜不但被用作质子交换膜燃料电池的关键组件，而且还广泛的应用于氯碱工业、水电解制氢、电化学合成、渗透汽化、气体分离及光催化等领域中。本文将着重介绍氯碱电解及电化学合成中的应用。 本文研究了全氟磺酸离子交换膜在SPE电极体系和钛网/镍网电极体系里，应用于NaCl水溶液电解实验中的电化学性能。并对研究室自制的全氟磺酸离子交换膜进行表面喷涂催化剂的改性处理，与Dupont公司的Nafion NX-966膜做了电化学性能的比较。讨论了喷涂催化剂种类对膜反应催化性能的影响。并分别测定了Nafion NX-966膜和自制全氟磺酸膜的离子交换容量（IEC）和含水率。 将表面喷涂了铂炭催化剂的自制全氟磺酸离子交换膜应用于盐酸的电解实验，并与同等摩尔浓度的NaCl水溶液电解做了相应的电性能的比较。 文还对全氟磺酸离子交换膜在电合成氯甲苯进行了详细的研究，讨论了电合成产物的鉴定，以及阳极和阴极电解液浓度、电流密度、电解液温度、反应时间等反应条件的选择.结果表明：在反应温度t=25℃，阳极、阴极电解液分别为25%（by mass）NaCl和10%NaOH溶液，电流密度为10～15A/d㎡条件下电解，并在4.5h左右结束反应，氯甲苯的产率最高，可达55.5%，电流效率为51.5%。

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第一章绪论

1.1 引言

1.2全氟磺酸离子交换膜的研究

1.2.1 PFSIEM的结构及其微观模型

1.2.2全氟磺酸离子交换膜法技术原理和应用特点

1.2.3全氟磺酸离子交换膜的应用

1.2.3全氟磺酸离子交换膜的发展前景

1.3 SPE膜电极的研究

1.3.1 SPE膜电极的制备方法

1.3.2 SPE膜电极电解合成的主要特征

1.3.3 SPE膜电极在有机电合成体系中的主要应用

1.4有机电化学合成的研究

1.4.1有机电解合成的发展

1.4.2有机电化学合成的机理概述

1.4.3有机电合成的分类

1.4.4有机电化学合成的步骤

1.4.5有机电合成技术的主要特征

1.5氯甲苯的传统工业合成

1.6研究的意义和目的

第二章实验部分

2.1实验仪器

2.2实验药品

2.3实验方法

2.3.1电解槽结构的三维立体图

2.3.2电解原理

2.3.3电解槽中的电化学和化学反应

2.3.4几种电极体系在应用于电解NaCl溶液时电化学性能的表征

2.3.5氯甲苯的电合成工艺简介

2.3.6电极反应

2.3.7反应产物的鉴定及分析方法

2.3.8计算反应过程的电流效率

2.3.9计算产物的收率

2.3.10计算氯甲苯的P/O

第三章结果与讨论

3.1 几种电极/离子膜体系的电化学性能及影响因素的探讨

3.1.1 SPE膜电极体系对温度和浓度的响应

3.1.2 Ti网/Nafion膜/Ni网电极体系对各因素的响应

3.1.3自制全氟磺酸离子膜应用于氯碱电解实验及与Nafion膜的比较

3.1.4后处理过程对自制膜电性能的改善

3.1.5喷涂铂炭催化剂的自制膜应用于盐酸电解

3.2离子膜法合成氯甲苯产物的确定

3.3用内标法绘制标准曲线

3.4离子膜法合成氯甲苯工艺条件的选择

3.4.1电流密度随槽电压的变化

3.4.2阳极电解液浓度的选择

3.4.3阴极电解液浓度的选择

3.4.4电流密度的选择

3.4.5反应温度的选择

3.4.6反应终了时间的确定

第四章结论

第五章进一步工作设想

参考文献

致谢

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