【摘 要】
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随着科学技术的不断进步,以离子交换膜为核心的电渗析和扩散渗析技术的应用范围不断扩大,对离子交换膜的性能要求也随之提高,目前阳离子交换膜的性能已基本满足应用的要求,而阴离子交换膜在大规模应用等方面仍存在一些问题。同时,传统的阴离子交换膜制备方法均需使用大量的有机试剂作为反应介质或后处理试剂,这些有机试剂对人体和环境有一定的危害。所以,亟需寻找一条制备过程简便、绿色环保,特别是不使用有机试剂的阴离子交
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随着科学技术的不断进步,以离子交换膜为核心的电渗析和扩散渗析技术的应用范围不断扩大,对离子交换膜的性能要求也随之提高,目前阳离子交换膜的性能已基本满足应用的要求,而阴离子交换膜在大规模应用等方面仍存在一些问题。同时,传统的阴离子交换膜制备方法均需使用大量的有机试剂作为反应介质或后处理试剂,这些有机试剂对人体和环境有一定的危害。所以,亟需寻找一条制备过程简便、绿色环保,特别是不使用有机试剂的阴离子交换膜制备方法,以实现经济效益和环境效益的双赢。本文主要致力于探索一条无溶剂化的阴离子交换膜制备方法,并对制备得到的阴离子交换膜进行表征及相关性能测定,并主要考察其在电渗析领域的应用性能,主要工作内容和结论如下:(1)为克服传统阴离子交换膜制备方法中使用大量有机溶剂的问题,本文使用对氯甲基苯乙烯(VBC)和二乙烯基苯(DVB)单体的混合溶液溶解酚酞侧基聚醚酮(PEK-C),以过氧化二苯甲酰(BPO)为引发剂引发上述体系热聚合成基膜,基膜经1,2-二甲基咪唑处理后得到无溶剂化阴离子交换膜,该制备方法成功避免了有机溶剂的使用,具有一定的经济和环境价值。但基膜内VBC和DVB共聚形成的聚合物(PVD)与PEK-C之间因缺少交联而存在较严重的相分离,导致膜的导电性能有待进一步提高。(2)为克服膜导电性能较差的问题,在膜中引入乙二胺(EDA)作为PVD与PEK-C两相的交联剂,通过EDA的交联作用有效抑制膜因荷电基团吸水导致的溶胀,使膜在提高离子交换容量增强膜导电性能的同时膜仍保持合适的机械强度。结果表明,EDA的加入对膜的综合性能有较大程度的改善,优选膜表现出高IEC(最高为2.49mmol·g-1)、低膜面电阻(最低为0.79Ω·cm~2)、高离子迁移数(最高为0.94)及良好的机械性能等特点。且优选膜DPPE-12(DIm+PVD+PEK-C+EDA)的电渗析脱盐性能优于商品膜AMV,具体表现为:达到相同脱盐率时DPPE-12膜的电渗析能耗为1.60kwh·kg-1,相较于商品膜AMV降低34.43%;电流效率为92.35%,相较于商品膜AMV提高15.22%。(3)利用DPPE-12膜进行电渗析海水淡化。同等条件下,DPPE-12膜的脱盐速率和离子去除率与商品膜AMV均处于同一水平,但DPPE-12膜的电渗析海水淡化能耗更低,原浓度海水为初始料液的情况下DPPE-12膜的能耗较商品膜AMV低37.20%。说明交联型无溶剂化阴离子交换膜DPPE-12具有良好的电渗析性能,在电渗析技术脱盐领域有巨大的应用潜力。
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