目前应用于化工冶金、医药、环保等领域的离子交换膜包括异相膜与均相膜,异相膜的成本虽然低,但是异相膜存在着“空穴”、“脱粉”等缺点;而均相膜虽然性能优秀但是成本过高,不利于应用。针对此背景,本实验在课题组研究出的一种成本较低但性能优于异相离子交换膜的PVDF半互穿网络阳离子交换合金膜的制备基础上,对这种PVDF阳离子交换合金膜进行改性,提高提高合金膜的电化学指标以及其他各项基本指标。为了解决上述问题,在本实验中,设计了两种方案进行对比实验,选择出最有效的改性方案,在方案一中,选择了一种具有高导电性的掺混态聚苯胺颗粒作为改性材料,并采用表面浸润改性方法以不同比例的掺杂态聚苯胺添加量对自制PVDF阳离子交换合金膜进行改性;在方案二中,采用膜改性常用材料-纳米二氧化硅作为改性物质,并考虑到纳米二氧化硅不具备导电性,所以将纳米二氧化硅与掺杂态聚苯胺进行混合共制出一种聚苯胺-纳米二氧化硅复合颗粒,为了确定制备复合颗粒的最佳质量比,制备了几组不同的质量比的复合颗粒对自制PVDF阳离子交换合金膜进行掺混改性。对经过两种方案改性后的离子交换合金膜与未改性的PVDF阳离子交换合金膜进行膜性能的表征,表征的指标包括:离子交换容量(IEC)、迁移数、膜电阻、含水率、接触角、扫描电镜(SEM)以及傅立叶红外光谱(FT-IR)。最后通过实验数据分析对比,确定表面浸润法改性方案中,掺杂态聚苯胺的最佳添加比;以及在复合粒子掺混改性实验中,制备复合粒子的最佳配合比;最终将两种实验方案的结果进行对比,选择出一种最大程度提升PVDF阳离子交换合金膜性能的改性方案。根据实验数据,经过掺杂态聚苯胺表面浸润改性的离子交换合金膜的性能发生了以下几点变化:(1)利用扫描电镜观察膜的微观形态,掺杂态聚苯胺颗粒被成功引入合金膜表面;(2)通过对比改性前与改性后阳离子交换合金膜的表征结果,发现通过掺杂态聚苯胺颗粒的表面浸润改性后,阳离子交换合金膜的交换容量升高了0.855mmol/g,相应地,合金膜的含水率从25.3%提高到34.3%;但是,此改性方案不能有效地提高膜的选择透过性,合金膜的迁移数仅仅提高了2%;(3)掺杂态聚苯胺能够有效的提高离子交换合金膜的导电率,根据测试出的膜面电阻数据可以看出,膜面电阻大幅度降低了14.1cm~2·Ω;(4)最后通过实验数据对比分析,可以确定当掺杂态聚苯胺颗粒的添加质量为甲醇质量(有机溶剂)的10%时,表面浸润改性可以取得最好的效果。采用掺混态/纳米二氧化硅复合颗粒进行掺混改性的方案,可以得到以下几点结论:(1)通过电镜扫描分析,可以直观地观察到合金膜的膜面形态以及膜内结构发生了变化;(2)掺混改性方案对所测试的五大指标均有不同程度的提升,其中改性效果最为明显的是离子交换容量以及含水率,这两个指标分别提高了1.445mmol/g干膜和12.7%,同时合金膜的迁移数从89%提高到了95%,选择透过性也得到了极大的改善,在膜面电阻这一指标上,掺混改性所取得的效果也较为优秀,降低了11.2 cm~2·Ω;(3)经过对比分析,采用质量比为1:2的掺杂态聚苯胺/纳米二氧化硅复合颗粒进行掺混改性时,对于膜的化学指标改性效果最佳。对比两个方案的实验步骤、改性效果等,可以得出在对于阳离子交换合金膜的改性方面,相较于表面浸润改性方案,掺混改性方案存在着更大优势的结论。首先,利用掺杂态聚苯胺/纳米二氧化硅复合颗粒对合金膜进行掺混改性,可以整体提高离子交换合金膜性能,在今后的应用中可以更加全面的发挥其优势;其次,由于要制备复合颗粒所以导致掺混改性方案的步骤繁多,但是复合颗粒的制备操作简单,各种原料易得。综上可得,利用掺混态聚苯胺/纳米二氧化硅复合颗粒对PVDF离子交换合金膜进行掺混改性在此研究中是最有效的改性方案。