近几十年来,随着我国国民经济水平增长,有色金属冶炼行业高速发展,在我国国民经济建设中扮演着很重要的角色。随着我国对绿色发展的高度重视,目前该行业存在着能源消耗量大、污染物排放量超标、资源循环利用率低等一系列问题制约着该行业的发展。尤其是常规金属氯化电积工艺中存在严重的氯气污染,会严重危害身体健康和周围环境。通常氯气的处理是使用碱液对其进行吸收,吸收废水还会造成二次污染。离子交换膜具备特殊分离功能,将其与电化学技术相结合应用到双膜三室冶金体系可以从源头上解决氯气污染问题,实现深度分离和酸碱回收,具有环保意义和经济价值。离子交换膜为该体系的核心部件,我国的离子交换膜的制备水平与国外相比还有很大差距,膜产品单一,市场上的离子交换膜大多为异相膜,在电驱动应用时会出现脱粉空穴结构上的缺陷。而性能优良的均相膜多处于实验室阶段,主要依赖于进口,而双膜三室膜法冶金体系溶液复杂,对膜性能的要求较为苛刻,不仅需要满足离子交换膜的常规性能,还需具备对离子有较高选择透过性、较低的膜面电阻、良好的稳定性能。目前市场上的离子交换膜还无法满足双膜三室膜法冶金体系的要求,限制了该技术的推广。因此研制出一种适用于双膜三室膜法冶金体系的离子交换膜对膜法冶金技术的发展起到了关键性的作用。本研究的内容就是在基于半互穿网络结构的基础上,采用溶液共混的方式引入PVDF高分子有机聚合物,以此来改善传统异相膜粘接结构的缺陷,选用浓硫酸为磺化剂引进膜内交换基团,最后采用热压法,制备出PVDF/半互穿网络结构离子交换膜。根据双膜三室膜法冶金的具体要求,有针对性的确定了膜性能指标及测试方法,并探究了磺化反应过程及交联剂DVB及PVDF投加量对成膜性能的影响,确定了最佳的膜制备条件。最后通过模拟阳膜在双膜三室冶金体系中的运行,对比了三种阳膜的性能表现。研究表明,通过SEM扫描电镜及FTIR傅里叶红外光谱分析,通过溶液共混的方式可构建半互穿网络结构,通过浓硫酸磺化可成功引入活性基团。在磺化反应过程中催化剂和溶胀剂的加入可有效提高磺化效率。在磺化时间为8h、磺化温度控制在80℃时可获得较佳的磺化效果。离子交换膜的性能指标之间的关系较为密切。网络结构的交联程度和致密程度受到DVB投加量的影响,IEC会随着DVB投加量增加而逐渐增大,在2m L时达到IEC的最大值,膜内电位作用增强,DVB的投加量高于2m L后,氯离子泄漏率会得到有效的控制。交联程度的增大会使膜内结构更为紧密稳定,会增强膜的耐破强度,但也会阻碍磺酸基团的接入,使膜面电阻增大。PVDF投加量在20g左右时,成膜的IEC最大。膜内结构致密程度增加,电位作用增强,可增强对氯离子的阻隔作用。若膜内PVDF含量过高,会降低膜交换基团的电场密度,使得功能基团对氯离子的电排斥力的下降,投加量大于20g时,氯离子的泄漏率会有所变大。由于PVDF起到了一定支撑作用,PVDF组分越多,制得的PVDF/半互穿网络结构离子交换膜耐破强度越高。PVDF是惰性疏水非导电物质,惰性的膜骨架会隔离离子的传导,会使膜面电阻增大,PVDF的投加量超过20g,膜面电阻增速会变快。综上,考虑到膜性能指标的相互影响,确定磺化反应时间为8h,磺化温度为80℃,DVB投加量为2m L、PVDF投加量为20g为最佳制备条件。最佳投加量的配比为苯乙烯:DVB:PVDF=10:1:10。制备出的PVDF/半互穿网络结构离子交换膜可以具备一般使用条件,在不加网布的条件下,耐破度达到0.57MPa,含水率为29.7%,膜面电阻控制在5.57Ω·cm2,迁移数达95.3%,除耐破强度外,上述指标都优于传统异相膜。考察制得的膜在应用过程中的表现表明:制备的PVDF/半互穿网络结构膜的氯离子泄漏率明显低于商品膜,略高于均相膜,电解4小时氯离子的泄漏率为4.21%。膜在整体运行过程中,增大运行电流,膜面电阻基本保持恒定,小于传统异相膜,略高于进口均相膜。长期电驱动的作用会导致离子交换膜内的交换基团的脱落,而制得的PVDF/半互穿网络结构膜可以在高电流密度条件下稳定运行20天以上,温度高于60℃后其交换能力才有下降的趋势,可以满足应用需要。本研究膜制备方法结合了均相膜、异相膜的制备,过程相对复杂,但我国的工业水平和异相膜的制备具备产业化优势。未来可以通过膜改性研究继续减小氯离子的泄漏,实现双膜三室膜法冶金体系中的零污染,并可针对不同的分离要求,选用不同的高分子聚合物,使膜具有不同的分离性能,扩大使用领域,提升有色金属行业绿色发展水平。