等离子体改性离子交换膜对有机电解质透过性影响

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无机盐-有机电解质-非电解有机物混合溶液体系分离与利用问题广泛存在于牛乳清脱盐、食品添加剂制备、糖类脱盐、医药生产等高盐有机废水处理领域。电渗析技术作为其中一种分离技术可以对电解质和非电解质混合体系进行高效分离,但却对无机盐-有机电解质混合体系分离效果较差。阴离子交换膜性能的差异是引起电渗析脱盐速度变化的主要原因,且以上溶液大多有机电解质所带电荷为负电荷这使优化阴离子交换膜性能成为提高无机盐-有机电解质混合体系分离效果的关键。因此,本课题利用低温等离子体技术,对阴离子交换膜进行丙烯酰胺接枝改性,考察改性后的离子交换膜对有机电解质透过性的影响规律。通过改性以增强膜表面荷电性及交联程度,提高电渗析对无机盐-有机电解质混合体系的分离效率。首先通过单因素实验考察原水中柠檬酸浓度、电渗析操作电流大小对电渗析脱盐率以及柠檬酸损失率的影响,确定对比改性阴离子交换膜前后的电渗析工作条件为:0.4A恒流模式、中间室为30g/L Na2SO4和3g/L柠檬酸的混合溶液,阴极室为0.2mol/L硫酸溶液,阳极室为0.2mol/L氢氧化钠溶液,电渗析脱盐时间2h。以丙烯酰胺为接枝涂覆溶液,采用低温等离子体液相接枝法、同时照射法改性阴离子交换膜。针对等离子体改性存在试验量大的问题,研究采用均匀试验设计,构建4因素(离子交换膜接枝浸泡时间、辉光放电电流大小、放电电流时长、丙烯酰胺浓度)、8水平的均匀实验方案,以柠檬酸-硫酸钠混合溶液代表无机盐-有机电解质混合溶液体系,研究电渗析中柠檬酸和无机盐的选择透过性规律。以电渗析2h的脱盐率及柠檬酸损失率为考察指标,利用DPS数据处理软件进行统计分析并得到最优组合,结果如下:液相接枝法在丙烯酰胺溶液浸泡时间为119min,放电时间为2min,接枝浓度为5%,放电电流为6A的条件下,脱盐率提高百分比为15.3%;在丙烯酰胺溶液浸泡时间为70min,放电时间为2min,接枝浓度为2%,放电电流为4.1A时,柠檬酸损失率降低百分比为10.1%。同时照射法在丙烯酰胺溶液浸泡时间为31min,放电时间为8min,接枝浓度为5%,放电电流为4A时电渗析脱盐率提高百分比17%;在丙烯酰胺溶液浸泡时间为147min,放电时间为3min,接枝浓度为5%,放电电流为4A时柠檬酸损失率降低百分比为16.9%。优选的改性离子交换膜与原膜进行SEM表征发现:清晰可见、大小不一的膜孔被不同程度的封堵,进一步说明丙烯酰胺单体在离子交换膜表面发生交联、成功接枝,而液相法接枝改性后的膜表现更致密、均匀。
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