论文部分内容阅读
离子交换膜性能优异,目前已广泛应用于各领域中。随着新型沉积处理工艺的出现,阳离子交换膜在冶金废水处理中逐渐占据核心地位。膜性能是制约电沉积工艺中离子交换膜应用的重要因素。提高膜的选择透过性和抗酸碱性,制备性能更加良好的阳离子交换合金膜,对促进离子交换膜在化工领域的应用具有重要意义。本研究基于半互穿网络结构体系,采用能够易于控制的共混法制备性能优良的PVDF阳离子交换合金膜。本研究选用的改性材料以无机材料为主,有机材料为辅,其中,选用的无机材料为杂多酸类（磷钼酸铵,缩写AMP）和氧化物类（纳米Al2O3）,选用的有机材料为聚氯乙烯。通过控制不同改性材料与PVDF的物质质量比,制备阳离子交换合金树脂粉,并采用传统热压技术制备PVDF-AMP合金膜（PAP合金膜）和PVDF/PVC-Al2O3合金膜（PPA合金膜）。对制备的合金膜的常规性能（离子交换容量、含水率）,导电性能（膜面电阻）,传质特性（迁移数）,物化稳定性（抗氧化质量百分比）以及微观特性（扫描电镜、傅里叶红外光谱）等性能进行表征,且分别与PVDF原膜进行数据对比分析,以确定最佳共混物质质量比。从表征结果中分析评价性能良好的合金膜进行“双膜三室”电沉积实验,模拟工业环境（温度60℃,沉积时间24 h）,控制不同的电流密度电解高浓度氯化钴溶液,测定合金膜对钴沉积量、槽电压、电流效率的影响以及酸的回收情况,并与聚乙烯系异相膜和PVDF原膜沉积实验结果对比,以检验合金膜的实际应用效果。研究结果如下:（1）磷钼酸铵共混制备PAP合金膜,膜表征结果:（1）微观表征,磷钼酸铵可均匀分散进离子交换膜中。（2）与PVDF原膜的表征结果对比,当磷钼酸铵的质量比为2%时,PAP合金膜性能有不同的变化,膜离子交换容量提升15%,含水率保持一致;磷钼酸铵也能有效的提高膜迁移数（可提升2.29%）;由于磷钼酸铵的分散程度高,有很大的局限性,过度的均匀分散使其膜更致密,影响离子的传输,均匀分散后的磷钼酸铵使PVDF膜膜面电阻增加了1.4Ω·cm2。（2）聚氯乙烯和纳米氧化铝共混制备PPA合金膜,膜有以下变化:（1）微观表征,可观察到PPA膜结构清晰,膜面平整、均匀;PPA膜与PVDF原膜经氧化后,PPA合金膜的膜面比PVDF膜面穿透孔隙更少且平整,说明PVDF原膜破坏更加严重。（2）PPA膜性能表征与PVDF原膜相比较,当PVC-Al2O3的共混质量比为2%时,膜性能有着不同程度的提高。离子交换容量从1.28 mmol/g干膜提升至1.74 mmol/g干膜;含水率从24.3%提高到38.1%;迁移数从88.85%提高至94.83%;膜面电阻由20.3Ω·cm2减少到10.7Ω·cm2;抗氧化百分比降低值为31.75%。（3）与PAP合金膜相比较,氧化铝共混改性的效果较好,PPA合金膜性能更加优越,对处理冶金废水有很大的潜力。（3）PPA合金膜电沉积实验结果表明:（1）PPA合金膜和聚乙烯系异相膜的钴沉积量相当,最佳沉积量分别为22.31 g和22.04 g,比PVDF原膜提高了15%。（2）PPA合金膜和聚乙烯系异相膜槽电压稳定时间约8 h,而PVDF原膜的稳定时间是PPA膜的1.3倍;PPA合金膜与聚乙烯系异相膜最大电流效率都可达95%以上;同等条件下,PPA合金膜、聚乙烯系异相膜和PVDF原膜沉积工艺中对盐酸的沉积浓度分别为2.53 mol/L、2.37 mol/L和2.05 mol/L,PPA合金膜对酸回收浓度高于聚乙烯系异相膜和PVDF原膜,说明PPA合金膜对离子有更好的选择性。（3）PPA合金膜在电沉积钴工艺中性能表现较好,沉积效果与商业膜相当,说明PPA合金膜均能满足新型膜法电沉积钴工艺的基本要求。