论文部分内容阅读
膜的耐碱性是制约其在碱式扩散渗析分离过程中应用的重要因素。本论文将氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)作为膜基体材料,引入带有可交换阳离子基团的功能单体甲基丙烯酸(MAA),通过自由基溶液聚合反应制备了一系列复合离子交换膜。研究了不同制备方法构建的互穿网络结构(IPN)对膜的耐碱性、微观形貌、机械稳定性和热稳定性等的影响,利用NaOH/Na2WO4体系的扩散渗析实验研究了膜的分离性能,探索了膜的物理化学性质与分离性能之间的关系。本论文的研究内容如下:第一部分通过构建半互穿网络(semi-IPN)结构制备CSM/PMAA复合离子交换膜。将CSM、MAA、偶氮二异丁腈(AIBN)以及交联剂二乙烯基苯(DVB)溶于甲苯,聚合后得到均一透明的溶液,将其冷却后涂于玻璃板上,待溶剂挥发后得到带有semi-IPN结构的复合离子交换膜。测试了不同MAA用量时复合离子交换膜的含水量、离子交换容量、耐碱性、热稳定性、机械稳定性以及微观结构,利用NaOH/Na2WO4体系的扩散渗析实验模拟了复合膜的碱回收性能。实验结果表明:膜的含水量(WR)在8.5%-32%之间,离子交换容量(IEC)在3.2-4.4mmol/g之间;制备的膜在热碱中的溶胀度(ω1)在34.7%-195.4%之间,具有优异的耐碱性(在65℃ 2mol/LNaOH溶液中浸泡60h后质量损失ω2几乎为零)、良好的热稳定性(初始分解温度在190-229℃之间)、以及力学性能(拉伸强度为12.8-27.69 MPa,断裂伸长率为132%-688.87%。当MAA使用量为lg时,得到的复合膜扩散渗析的效果最佳:OH-渗析系数UoH在0.004 m/h,分离系数S为12.5。第二部分是通过分步法构建互穿网络(IPN)的方法来制备CSM/PMAA复合离子交换膜。首先制备了 CSM和MAA的甲苯溶液,后加入MAA和DVB在其溶液中聚合、交联共混,聚合反应完成后加入硫化剂四硫化双戊撑秋兰姆(DPTT),在185℃,10MPa条件下硫化,制备出带有互穿网络结构的复合离子交换膜。通过改变硫化剂DPTT的用量研究了膜的含水量、耐碱性、热力学稳定性、机械强度、微观形貌等性能,利用NaOH/Na2W04体系的扩散渗析实验模拟了膜的分离性能。研究结果显示:MAA的引入提高了膜的亲水性(膜的含水量在5.38%-28.3%之间)并赋予了复合膜可交换离子基团(离子交换容量在3.57-3.88 mmol/g之间);制备的膜具有良好的力学性能(拉伸强度为19.3-33.4MPa,断裂伸长率为140.7%-524.9%)、热稳定性(初始分解温度在260～281℃之间)以及优异的耐碱性(在65℃ 2mol/LNaOH溶液中浸泡60h后质量损失仅为0.85%-2.08%)。将制备的膜应用于不同温度下NaOH/Na2W04体系的扩散渗析过程,结果显示当硫化剂(DPTT)用量为5%时膜在55℃下的分离性能最佳:OH-渗析系数(UOH)为0.0034m/h,分离系数为16.8。第三部分是采用同步法构建互穿网络(IPN)来制备CSM/PMAA复合离子交换膜。首先制备了 CSM和MAA的甲苯溶液,利用AIBN引发其在溶液中聚合,聚合完成后加入交联剂二乙烯三胺(DETA)和四硫化双戊撑秋兰姆(DPTT),在185℃,1OMPa条件下同步交联,制备出带有互穿网络结构的复合离子交换膜。研究了 DETA的含量对复合膜的含水量、离子交换容量、耐碱性、热稳定性、机械强度和微观结构的影响,并利用NaOH/Na2WO4体系模拟了复合膜的碱回收性能。研究结果表明膜的水含量(WR)在12.7-34.8%之间,离子交换容量(IEC)为1.98-3.12 mmol/g,在热碱溶液中的溶胀度为72.7%-170%,质量损失小于0.1%;膜的拉伸强度为21.53-29.04MPa,断裂伸长率为411.66%-554.43%,初始分解温度在221229℃之间。当DETA用量为1.5%时,复合离子膜在65℃下的分离性能最佳:UoH为0.0052m/h,分离系数S为19.98,膜的选择性在高温下没有明显的下降,在高温碱式扩散渗析过程中有潜在的应用价值。