手性选择性阳离子交换膜的制备及其评价

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聚偏氟乙烯(PVDF)离子交换膜的制备及性能研究

聚偏氟乙烯（PVDF）离子交换膜的制备及性能研究聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride, PVDF）离子交换膜是一种具有良好机械性能和化学稳定性的离子交换膜材料，广泛应用于电池、电解池、蓄能器等领域。

本文将对PVDF离子交换膜的制备方法和性能进行研究。

首先，我们将PVDF聚合物溶解于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中，加入适量的氟酸（HF）进行反应。

在反应过程中，持续搅拌并控制反应温度，使PVDF逐渐溶解，并形成一种多孔膜结构。

然后，将反应溶液在恒定电流下通过电解沉积的方法制备成膜。

通过不同电解沉积时间和电流密度的调节，可以得到不同孔径和厚度的PVDF离子交换膜。

接下来，通过扫描电镜（SEM）对制备的PVDF离子交换膜进行表征。

结果显示，制备的离子交换膜具有均匀的多孔结构，孔径分布范围在1-10微米之间。

同时，利用红外光谱（FT-IR）对膜的结构进行分析。

实验结果表明，PVDF离子交换膜中的偏氟乙烯单体已经成功转化为偏氟乙烯离子交换基团，证明了膜的离子交换能力。

然后，我们对制备的PVDF离子交换膜进行了性能测试。

首先，使用电导率测试仪测量膜的离子电导率。

结果显示，PVDF离子交换膜具有较高的离子电导率，表明该膜在离子传输方面具有良好的性能。

其次，通过循环伏安法测试膜的氧化还原反应性能。

实验结果显示，PVDF离子交换膜具有较宽的氧化还原窗口，表明该膜可应用于多种氧化还原反应过程中。

最后，我们对PVDF离子交换膜进行了应用试验。

首先，我们将其用作染料敏化太阳能电池的阳极。

结果显示，PVDF离子交换膜对阳极材料有良好的保护作用，并提高了太阳能电池的光电转换效率。

其次，我们将其用作电池的隔膜材料。

实验结果表明，PVDF离子交换膜具有良好的电化学稳定性和电化学性能，能够有效隔离正负极，提高电池的循环寿命和功率输出性能。

综上所述，PVDF离子交换膜是一种具有优异性能的离子交换膜材料。

通过合理的制备方法和性能测试，我们可以获得具有良好离子传输性能和电化学稳定性的PVDF离子交换膜。

PVDFPI阳离子交换膜的制备及脱盐性能

第41卷第1期(0(1年(月膜科学与技术MEMBRANE SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.41No.1Feb.(0(1I研究报告#PVDF/PI阳离子交换膜的制备及脱盐性能王乾杰1,李红海"!苏保卫($(1.青岛科技大学化工学院，青岛266042； 2.中国海洋大学化学化工学院，青岛266100)摘要：通过浸没沉淀相转化的方法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)/聚酰亚胺(PI)共混膜，使用4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸与三乙胺(DASD-TEA)溶液修饰共混膜表面，制备出PVDF/PI阳离子交换膜.探究了DASD-TEA溶液的浸泡时间、浸泡温度、DASD浓度与PI 的浓度对PVDF/PI阳离子交换膜脱盐率的影响，得出最优的铸膜液配比为质量分数19.0的PVDF、1.0%的PI和80.0%的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)；最佳的DASD-TEA溶液修饰条件为质量分数0.03%的DASD,浸泡时间为10.0cin,浸泡温度为50.0°C.最佳条件下，PVDF/PI阳离子交换膜的离子交换容量为0.32mmol/g,含水率为3&6%,纯水渗透率为500L/(m2.h.MPa),接触角为81.9°,膜面电阻为2.96!-cm2.采用3组膜对的电渗析装置在电压4V和流量40L/h下对2000mg/L的NaCl溶液进行了120min的脱盐实验,PVDF/PI阳离子交换膜的脱盐率为商‘化阳离子交换膜的1.33倍，其脱盐性能高于商‘化阳离子交换膜.关键词：阳离子交换膜；表面修饰；电渗析；浸没沉淀相转化；交联中图分类号：TQ028.8文献标志码：A文章编号：10078924(2021)01000109doi：10.16159/ki.issnl007-8924.2021.01.001化工生产中经常会产生大量的高盐度废水'1S2(,成分复杂，除了接近饱和的盐(氯化钠)以外,还会有一些有机杂质、水溶性的反应物、产物和副产物等：3s4：.高盐度废水的处理一直是化工、环保领域的难点.目前，处理化工废水的主要方法有蒸发结晶、电化学法、离子交换法、吸附法以及膜分离法等24一5(・高盐度废水通常采用蒸I6的方式进行处理,需要消耗大量的能量，而且其运行成本相当高.因此，采用低能耗和低成本的方法进行高盐度废水的处理在化工、环保方面具有非常重要的意义.随着膜分离技术的发展,使用电渗析技术处理含盐废水受到广泛关注'7(.电渗析技术具有设备材质要，和行成，，长，浓缩倍率高，可拆卸清洗，操作方便等特点匚8一9(，化工物分离等分离领域应用前离子交换膜是电渗析技术的关键.离子交换膜分为均相离子交换膜和异相离子交换膜.目前商品化离子交换膜主要是异相离子交换膜，该膜制备过程简单，应用广泛，但异相离子交换膜存在化学性能不稳定、活性功能基团结合不牢固等缺点10•与其相比，均相离子交换膜的活性功能基团与膜高分子骨架是以化学键结合的，活性功能基团结合牢固，因此结构均匀稳定，电化学性能优良口1，近年来受到广泛关注•离子交换膜性能的优异主要取决于两方面，一方面为选择良好的膜材料，另一方面为制备出性能优异的活性功能基团，大致从这两方面提高离收稿日期：2020-03-08；修改稿收到日期：2020-05-17第一作者简介：王乾杰(1994-)，男，山东聊城人，硕士生，研究方向为传质与分离工程.$通讯作者，李红海,E-mail：lihonghai@；苏保卫，subaowei@引用本文：王乾杰，李红海,苏保卫.PVDF/PI阳离子交换膜的制备及脱盐性能[口膜科学与技术，021，1(1)：1—9. Citation：Wang Q J，Li H H，S u B W.Preparation and desalination performance of PVDF/PI cation exchange membrane [J(.Membrane Science and Technology(Chinese),2021,41(1):1一9.-2-膜科学与技术第卷子交换膜的脱盐性能•均相膜活性官能基团的修饰可大致分为以下几类:！)将活性功能基团以化学键的方式修饰在离子交换膜上;(2)将聚合物进行功能化，再进行溶解成铸膜液刮制成膜；(3)将某单体进行缩聚或者聚合，该单体应含有离子交换基团或者具有电荷基团，并与另一种单体形成共聚物'2(;(4)聚合物共混改性，如Zhao等'3(以聚乙烯毗咯烷酮(PVP)和主链磺化聚MN(SPES)为原料,加入导电聚苯胺(PANI),制备了复合阳离子交换膜(C-CEMS),增强了膜的离子电导率和脱盐性能•近年来，国内外研究人员在开发高选择性的离子交换膜方面开展了大量的研究工作口2"4_切.目前，聚苯乙烯(PS)、聚MN(PES)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯[(PAN)和聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物材料相继用于离子交换膜的制备：10].聚偏氟乙烯(PVDF)是由偏氟乙烯聚合而成的一种线性半结晶聚合物,耐高温，机械强度高，并具有极高的化学稳定性，耐酸碱、抗氧化性，且成膜性能良好，是一种很好的膜材料.PVDF疏水性良好,能有效地减少水的迁移,这对于离子交换膜是有利的•但PVDF 材料不带电荷，需与荷电聚合物共混,以增加其离子交换容量•但荷电聚合物一般亲水性较强,PVDF疏水性强，二者很难实现分子尺度的共混，从而影响离子交换膜的电化学性质稳定性•聚酰亚胺(PI)是主链上含有酰亚胺环(一CO-N-CO―)的一类特种工程材料，无毒，具有优良的机械性能和热稳定性. P1可以与PVDF实现分子水平上的共混.P1的亚胺环可以与有机胺发生酰胺化反应，从而实现PI的改性，提高其性能•采用荷电基团的胺基化合物交联PI,发生酰胺化反应，可以实现PI的荷电化.4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸(DASD)含有两个胺基，能与PI发生交联反应，从而以化学键的方式将磺酸基团引入到PI主链上•本研究将PVDF与PI 共混,通过浸没沉淀相转化的方法制备平板膜,并采用DASD进行表面修饰，制备出具有增强离子选择透过性的阳离子交换复合膜，并探究DASD溶液的浸泡时间、浸泡温度、浓度以及铸膜液中的PI浓度等对离子交换膜脱盐性能的影响.1实验材料和方法1.1药品PVDF购自于上海有机氟材料有限公司；PI购自奥地利HP polymer GMbH公司；DMF(质量分数99.5%)购自天津富宇精细化工有限公司；DASD (质量分数95%,相对分子质量370.39)购自麦克林生化科技有限公司；TEA(分析纯)，氯化钠(NaCl,分析纯)，氢氧化钠(NaOH,分析纯)，浓盐酸(HC1,质量分数36%〜37%)购自国药集团化学试剂有限公司;聚酯(PP)无纺布购自日本帝人公司；商品聚乙烯离子交换膜(化离子交换膜)购自华膜科技有限公司•去离子(DI)水为实验室自制. 1.2仪器电导率仪(DDSJ-308A)，上海仪电科学仪器股份有限公司;离心机(TDL-5A)，上海安亭科学仪器厂;刮膜机(H L KG3125),苏州圣垦自动化有限公司；真空干燥箱(DZF-6020)，上海精宏实验设备有限公司；电渗析实验装置,实验室自制；磁力搅拌器(DF-101S),河南予华仪器制造有限公司；电子天平(CP-214)，奥豪斯仪器(上海)有限公司；恒温水浴槽(SYP-$),南京桑力电子设备厂.1.3离子交换膜的制备PVDF与PI共混膜的制备:在锥形瓶中配制铸膜液PVDF质量分数19%PI质量分数分0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,其余为DMF.将锥形中12h"12h脱泡•在温度为(25士2)°C、湿度为45%士2%的条件下"将铸膜液有聚的上刮膜"刮膜机刮与间的离160m,空气蒸发时间为15s,随后立即放入25C 恒温水浴槽中，发生相转化，固化成膜.10min后将膜从玻璃板上取下,保存在DI水中，制得PVDF与PI共混膜,命名为PVDF-P.DASD饰的阳离子交换膜的:分DASD质量分数为0.01%、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.18%的DASD-TEA水溶液,其中TEA 与DASD的质量分数相同.将PVDF-P分别浸泡在30、40、50、60C的DASD-TEA溶液中,浸泡时间分别为5、10和20min,使其充分修饰膜表面,制备出DASD修饰的PVDF/PI阳离子交换膜,命名为PVDF-P-D.对照膜(纯PVDF膜)的制备:铸膜液中PVDF 的质量分数为19%,不加入PI,其它制膜条件同PVDF/PI共混膜"的膜PVDF& DASD具有两个伯胺基和两个磺酸基,与间苯二胺和PI的亚胺基团发生的开环交联反应相似'6(,DASD的伯胺基团可以与PI 的亚胺基团发第1期王乾杰等：PVDF/PI阳离子交换膜的制备及脱盐性能・3・生交联反应，生成酰胺，使得PVDF-P成功修饰上磺酸基团.PI与DASD反应式如图1所示.图1PI与DASD反应机理Fig.1Reaction mechanism between PI and DASD1.4PVDF/PI阳离子交换膜的表征将实验样品膜用DI水洗净，并在60C真空干燥箱中干燥48h放置于洁净的样品袋中备用.采用傅里叶变换红外光谱仪（ATR-FTIR,Magna-560,美国Nicolet公司）表征PVDF、PVDF-P及PVDF-PD表面的化学结构及组成;采用扫描电子显微镜（SEM,S-4800,日本Hiachi公司）表征膜的表面形貌.1.5PVDF/PI阳离子交换膜的性能参数测试1.5.1接触角（CA）采用光学接触角测量仪（DSA100,德国Kruss 公司）通过静态悬滴法测定膜表面接触角•为减小误差,每个膜片样品上测试3个位置处的接触角，取其平均值为该样品的接触角.待测膜片均在真空干燥箱（一0.095MP j50°C）中处理24h后进行接触角测1.5.2离子交换容量（EC）采用酸碱滴定法测定PVDF-PD的IEC.取适量PVDF-PD置于1mol/L的HCl溶液中浸泡12h并间歇振荡，使交换基团完全转变成H型，转型如式（1）所示.RSO3Na+HCl%RSO3H+NaCl（1）12h后将其取出，用去离子水清洗去除膜表面残留的HCl溶液，用滤纸拭去膜表面附着的水分,用电子天平称取离子交换膜的质量%w,将离子交换膜放入三角瓶中,并加入50mL浓度为1mol/L的NdCl溶液，放入超声振荡器中12h.加入5滴酚L 指示剂，用0.025mol/L NaOH溶液滴定至终点（溶液变为淡粉色）.IEC的计算公式为：I=$NaOH X V NaOH%w(2)式中：IEC为离子交换容量，mmol/g；C joh为NaOH液体浓度,mol/L；V noh为N e OH液体体积" mL1.5.3含水率取适量PVDF、PVDF-P、PVDF-P-D膜样品放置于去离子水中在室温环境下浸泡24h使膜含水量呈饱和状态，然后用滤纸拭去膜表面的水分,再用电子天平准确称取湿膜的重量%，然后将湿膜放・4・膜科学与技术第41卷入真空干燥箱中(一0.095MPa,50G)干燥，直至膜的质量不再发生变化，准确称量干燥后膜的质量"1•含水率的计算公式为：w t d m w~m d X100@⑶1.5.4膜的水通量采用自制超滤错流评价装置对PVDF.PVDF-P.PVDF-PD膜进行纯水通量测试.将膜样品置于膜池中，在0.15MMJ压力下预压30mim然后在0.1MPa下测量膜水透过量.纯水通量的计算式为：j=Q⑷Jw*+宀式中:J x为膜的纯水通量,L/(m2.h)；Q为%时间内透水体积丄;+为膜的有效面积,m2；*为测试时间，I1.5.5膜面电阻采用上海辰华041660:型电化学工作站，通过交流阻抗谱来测试膜的阻抗值•测试扰动电压为5mV,阻抗谱测试的频率范围为10-2〜106Hz.将制备好的离子交换膜放置在0.5mol/L Na01溶液中浸泡12h后，再进行测试.膜面电阻计算公式为：R1=RXS(5)式中：，i为膜面电阻,！・cm2；S为膜与电极的接触面积，为0.503cm?R为相角为零时膜的阻抗1.6PVDF/PI阳离子交换膜的性能评价在电压4V、流量40L/h下，采用3个膜对的电渗析装置对2000mg/L Na01溶液进行120min 脱盐实验.实验电渗析器电极板采用钛镀钉电极,离子交换膜的尺寸为10cmX15cm,膜的有效面积为70cm?•为了保护电极，用阳膜靠近电极"日膜和阴膜(商品阴离子交换膜)分别为3张和2张.采用一级一段式组装，工艺流程如图2所示.淡水槽、浓水槽和极水槽都装入1L实验用水，浓水、淡水和极水各自独立循环，每隔20min取一次淡水样，测其电导率.电渗析装置对淡水室内溶液盐度去除率用脱盐率表示，它是反映离子交换膜性能好坏的重要参数.脱盐的计算式：/=凤一&X100%(6)式中：.为脱盐率,为溶液初始电导率S/ cm；/t为电渗析器运行*后溶液的电导率S/cm.1.淡水槽2.浓水槽；3.极水槽；4.电源图2实验室电渗析器装置的工艺流程图Fig.2The process flow schematic of laboratoryelectrodialysis installation2结果与讨论*1PVDF/PI离子交换膜的表征PVDF、PVDF-P和PVDF-P-D膜的红夕卜光谱图如图3所示.3种膜的红外光谱非常相近，原因是PVDF的含量远大于PI的含量，所以,PVDF-P 和PVDF-P-D膜上显示的主要是PVDF的特征峰.PVDF膜在840.1070.1177和1407cm s1存在特征吸收峰，其中840和1047cm s1是一CH2拉伸振动峰，1070和1177cm"1是C—F基团特征峰'7(.PVDF与PI共混后，在1723cm"1处出现了一个微弱的峰，这是典型的聚酰亚胺的摄基C=O 的对称伸缩振动峰'8一19(证明PI与PVDF成功共混.PVDF/PI共混膜经过DASD修饰后, 1723cm"1处的峰减弱，证明DASD与PVDF-P发生反应.由文献可知，DASD存在1130、1170和图3PVDF,PVDF-P和PVDF-P-D膜的红外光谱图Fig.3Infrared Spectra of PVDF,PVDF-P andPVDF—P_D第1期王乾杰等：PVDF/PI阳离子交换膜的制备及脱盐性能・5・1030cm—13征峰，为DASD中的〉S=O拉伸振'0—21(・但由于PI相对含量较低，经过DASD修饰后磺酸、酰胺量也较低，因此磺酸的红外吸征非常显.PVDF.PVDF-P和 PVDF-P-D膜的表面扫描电镜图如图4所示.PVDF有明显H 有较的“片层”状结构'2(.共混膜PVDF-P 较为疏松"显的孔结构如图4(b)是由于PI相对于PVDF较为亲水,所形成的共混铸膜液发生化中，PI更易向[扩散"易共混，导致孔结构的形成由图4(b)与图4(c)比较可以看出，经过DASD修饰后"PVDF-P-D膜孔结构数量少"孔径减小.研究的各种离子交换膜的离子交换容量、含水率、纯水通量、接触角和膜面电阻性能参数值如表1，表中也列出了离子交换膜的性参数(a)PVDF表面形貌(b)PVDF-P表面貌(c)PVDF-P-D表面形貌图4PVDF,PVDF-P和PVDF-P-D膜的表面扫描电镜图Fig.4SEM images of surface microscope of PVDF,PVDF-P and PVDF-P-D membranes表1实验所用离子交换膜参数Table1Parameters of the ion exchange membranes used in the experiment目阴膜阳膜PVDF膜PVDF-P膜PVDF-P_D膜IEC/(mmol-g—1) 1.82——0.32水率/%404525.6383386纯水渗透率/(L・m-2・h-1・MPa-1)'100'100311470500接触角/(°)106.3101.589.58281.9膜面电阻/(!*cm2)(17(1516.6 4.37 2.9622浸泡时间对脱盐的影响将PVDF-P!质量分数19.0%的PVDF1.0%的PI80.0%的DMF)分30C的DASD-TEA溶液(质量分数0.03%的DASD".03%的三乙胺"9.94%的去离子水)中5)0和20min,然后进行脱盐实验"吉果如图5•5可以看出，脱盐率随运行时间持续上升.在电渗析脱盐120min后，浸泡5、10、20min的PVDF-P-D脱盐率分别为11.95%、19.44%、14.39%,浸泡10min的离子交换膜脱盐效果最佳.从2h脱盐看"三20min时脱盐差大"0min时脱盐化较大"0min后脱盐率上升，未出现式增长•在外加电压的作用下,脱盐率经过一上升期，脱盐率的升高主要膜的离子交换量，当离子交换量达到最大后，脱盐率的上度"旦仍呈上-020406080100120脱盐运行时间/min图5不同浸泡时间所制备的离子交换膜的脱盐率随运行时间的变化Fig.5The variation of the desalination rate of the ion exchange membranes prepared at different soaking timewith running time・6・膜科学与技术第41卷势2.当DASD修饰时间较短时,DASD与PI未能反应完全,离子交换膜携带的磺酸基团很少,离子交换能力较弱，脱盐性能下降;如DASD修饰时间过长,PI在水溶液中易水解'6(长时间浸泡会导致膜结构的损坏,甚至造成离子交换膜更严重的缺陷，致使脱盐能力严重下降•综上分析，选择最佳DASD-TEA溶液浸泡时间为10min.23浸泡温度对脱盐率的影响将PVDF-P!质量分数19.0%的PVDF10%的PI80.0%的DMF)浸泡在DASD-TEA溶液(质量分数0.03%的DASD".03%的三乙胺，99.94%的去离子水)中10min,改变浸泡溶液温度,探究不同的DASD-TEA溶液温度对脱盐性能的影响，结如6图6不同浸泡温度下所制备的离子交换膜脱盐率随运行时间的变化Fig.6The variation of the desalination rate oftheionexchangemembranespreparedatdi f erentsoaQingtemperaturewithrunningtime从图6可知,在电渗析脱盐120min浸泡温度的不同影响到脱盐的效果当DASD-TEA溶液浸泡温度为30)0)0)0C运行120min脱盐率分别为19.44%)0.06%.26.68%.21.45%.从脱盐趋势来看，在30)0)0C浸泡下，脱盐20min后，脱盐率缓慢上升;在50C浸泡下"0min后脱盐率的上升速度明显高于其它浸泡温度•当浸泡温度为50 C时,DASD与PI反应较为充分，使得离子交换膜磺酸基团增多，从而使离子交换膜具有较强的离子交换能力,呈现出较高的脱盐率•随着浸泡温度的升高,脱盐率也会相应提高，说明提高温度使得DASD 与PI能够更容易发生交联反应更容易修饰上较多的磺酸基团，大大提高了离子交换能力•当浸泡温度为60C时,温度过高使得PI在水溶液中加速水解,导致只有少量PI与DASD发生交联反应，使得离子交换膜携带较少磺酸基团，致使脱盐率下降'7(.因此，没有再继续提高浸泡温度•在实验选定的浸泡温度区间30〜60°C内,确定最佳浸泡温度为50C24不同PI浓度对脱盐率的影响固定PVDF质量分数为19.0%,制备不同PI 浓度的PVDF-P,并将其浸泡在50°C、质量分数0.03%的DASD-TEA溶液中10min,探究不同PI 浓度对脱盐率的影响，结果如图7所示.图7不同PI质量分数下所制备离子交换膜的脱盐随行时间的化Fig.7The variation of the desalination rate ofthe ion exchange membranes at different PIconcentration with operation time从图7可知,PI质量分数为1.0%、1.5%时，脱盐效果较好.其中质量分数为1.0%时，脱盐120mn后，脱盐率最高，但是从脱盐趋势来看，PI 质量分数为1.5%时，在脱盐进行60min时，已达到脱盐最佳,60min之后脱盐率趋于平衡.从不同PI浓度的离子交换膜脱盐趋势来看，外加电压40mn后，脱盐率的上升幅度趋缓，但仍缓慢上升.未加PI的离子交换膜与加入PI的离子交换膜脱盐率相差较大•当PI质量分数为0.5%时,PI浓度较低,经DASD修饰后,PVDF-P-D所带的磺酸基团较少"离子交换较"脱盐较;PI质量分数为1.0%和1.5%时,与其它PI浓度的离子交换膜相比脱盐率更高，说明该浓度下的离子交换膜比度的离子交换膜有磺酸更;PI 质量分数为2.0%时，铸膜液浓度高,并且更黏稠,使得PVDF与PI不能充分均匀分散，致使大量PI第1期王乾杰等：PVDF/PI 阳离子交换膜的制备及脱盐性能・7・不能与DASD 发生交联反应，导致膜缺陷较多，脱盐能力降低•综合考虑，铸膜液中较优的PI 质量分数为1.0%和1.5%.2.5不同浓度的DASD 对脱盐的影响将 PVDF-P !质量分数 19% PVDF,1.5%PI "79. 5%DMF ）浸泡在50 G 不同浓度的DASD-TEA溶液中10 min,探究不同浓度的DASD 对脱盐率的影响，结果如图8所示.3020151052520 40 60 80 100 120脱盐运行时间/min质量分数->-0.01%+ 0.03%* 0.06% ” 0.09% ■0.12% «0.18%图8不同质量分数DASD-TEA 溶液下所制备离子交换膜的脱盐率随运行时间的变化Fig. 8 The variation of the desalination rate of the ion exchange membranes prepared at different concentrationof DASD-TEA solution with running time从图8可知，从低浓度到高浓度的DASD- TEA 溶液对脱盐率影响不同.DASD 质量分数为0. 03%、0. 06%、0. 09%,脱盐效果较好；DASD 质量分数为0. 01%和0. 18%,脱盐效果较差，其中质量分数为0. 03 %脱盐效果最佳.从整体脱盐趋势来看" 脱盐实验进行40 min 后，浸泡不同浓度DASD-TEA 溶液的PVDF-PD 脱盐率普遍上升趋势变缓,其中浸泡质量分数为0. 03%.0. 06%脱盐上升趋势明显高于其它浓度•当DASD-TEA 溶液质量分数为0. 01%时,DASD 含量较少，使得大部分PI未能与DASD 发生交联反应，携带磺酸基团较少"导致脱盐率较低.由于DASD 相对分子质量很小"若DASD 浓度过大,过多的DASD 会渗透在膜表面，产生强烈的静电排斥作用，导致Nd 十与磺酸基团交换受阻，导致脱盐率下降'8（.综合考虑，选择 DASD 溶液的质量分数 003%&根据上述优化结果,进行了重复性实验,分别制备出PI 质量分数为1 %和1.5%的PVDF-P 膜，并在上述最佳交联条件（浸泡在50 °C 、质量分数为0. 03 %的DASD-TEA 溶液，浸泡10 min ）下交联，然进行脱盐实 "结如 9 & "PI 质量分数分别为1 0%、1. 5%的PVDF-PD 脱盐效果相差不大，并且与图7的结果基本一致，证明重复性很好.综合考虑成本因素，选择PI 最佳质量分数为1. 0%.图9 PI 质量分数分别为1.0%、1.5%的离子交换膜脱盐随行时间的化Fig9 ThevariationofthedesalinationrateoftheionexchangemembranesatPIcontentof10% and1.5 % with operation time2.6与商品离子交换膜的脱盐性能对比在相同条件下，将上述优化条件下制备的PVDF-PD 阳离子交换膜与商品化阳离子交换膜进行脱盐实验对比，结果如图10所示.图10 PVDF-PD 膜和商品化阳离子交换膜的脱盐随行时间的化Fig10 ThevariationofthedesalinationrateofPVDF-P-D and the commercial cationexchangemembranewithrunningtime从图10中可见，在相同条件下"PVDF-PD膜的脱盐率比商品化阳离子交换膜提高了 1. 33倍,这说明PVDF-PD膜的脱盐性能明显优于商品化*8*膜科学与技术第41卷阳离子交换膜.3结论本研究将PVDF与PI共混，通过浸没沉淀相转化法制备平板膜,并采用DASD进行表面修饰，以化学键的方式将磺酸基团引入膜高分子骨架，制备出具有增强离子选择透过性的均相阳离子交换复合膜，并得到了最优制膜条件：质量分数19.0% PVDF,1.0%PI,浸泡时间为10min,浸泡温度为50C, DASD-TEA溶液质量分数为0.03%.所制备的阳离子交换膜具有多孔结构，其含水率为38.6%,水渗透率为500L/(m2-h-MPa)，接触角为81.9。

pvdf阳离子交换膜

pvdf阳离子交换膜PVDF阳离子交换膜是一种具有特殊性能的聚合物膜，它具有优异的化学稳定性、机械强度和抗磨损性，广泛应用于水处理、电化学、能源等领域。

本篇文章将对PVDF阳离子交换膜的制备、性能、应用等方面进行详细说明。

一、PVDF阳离子交换膜的制备PVDF阳离子交换膜的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、相转化法、辐射接枝法等。

其中，溶胶-凝胶法是最常用的方法之一，它是以无机盐或有机金属盐为前驱体，在溶液中合成纳米颗粒，然后将这些颗粒聚集在一起形成凝胶状物质，最后通过热处理得到PVDF阳离子交换膜。

相转化法则是将PVDF溶液通过相转化过程，形成具有一定孔径和孔隙率的薄膜，再通过热处理得到PVDF阳离子交换膜。

辐射接枝法则是利用高能辐射对PVDF进行辐射接枝改性，以提高其离子交换性能。

二、PVDF阳离子交换膜的性能PVDF阳离子交换膜具有优异的性能，主要包括以下几个方面：1．化学稳定性：PVDF具有优异的化学稳定性，能够在强酸、强碱、高温等恶劣环境下保持稳定，因此适用于各种不同领域的应用。

2．机械强度：PVDF具有较高的机械强度和耐磨性，能够承受较大的压力和摩擦力，因此适用于各种需要高强度和耐久性的应用。

3．抗生物污染性：由于PVDF的表面能较低，不容易被微生物附着，因此具有较好的抗生物污染性能，适用于水处理等领域。

4．离子交换性能：PVDF阳离子交换膜具有较好的离子交换性能，能够进行离子的迁移和传递，适用于电化学、能源等领域。

5．耐氧化性：PVDF在高温氧化环境下具有良好的稳定性，能够抵抗氧化剂的攻击，因此适用于高温氧化还原环境下的应用。

三、PVDF阳离子交换膜的应用PVDF阳离子交换膜具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1．水处理领域：PVDF阳离子交换膜可以用于海水淡化、废水处理、饮用水净化等方面，具有较好的耐腐蚀性和抗污染性能。

2．电化学领域：PVDF阳离子交换膜可以用于燃料电池、锂离子电池等电化学装置中，作为隔膜材料使用，能够有效地传递离子并阻止电子传递。

湖南省长沙市长郡中学2023-2024学年高三上学期入学考试(暑假作业检测)化学试卷

长郡中学2024届高三暑假作业检测试卷化学本试题卷分选择题和非选择题两部分,共10页。

时量75分钟,满分100 分。

可能用到的相对原子质量:H~1 C~12 N~14 0~16 Ti~48 Ag~108 Ba~137一、选择题(本题共14 小题，每小题3分,共42分。

在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。

)1.“益,古大都会也。

有江山之雄,有文物之盛。

”成都第31届世界大学生夏季运动会开幕式上展示的下列文物中,有关叙述错误的是A.金沙石磬由“石料”雕凿的过程只涉及物理变化B.蜀锦由蚕丝线“刺绣”而成,蚕丝是人工合成材料C.青铜面具的主要成分是合金D.太阳神鸟金饰中“金箔”体现金属具有延展性★2.下列符号表征错误的是A.H2分子中σ键的电子云轮廓图:B. H2S的VSEPR模型:C. MgCl2的形成过程:D. HCO3-的水解方程式:HCO3-+H2O H3O++CO32-★3.下列实验方案能够达到目的的是4.下列有关物质结构和性质的叙述错误的是A.甲酸酯、葡萄糖和醛类都能发生银镜反应B.邻羟基苯甲酸的沸点低于对羟基苯甲酸C.含1个手性碳原子的分子- -定是手性分子D.原子半径越小,对应元素的第--电离能和电负性均越大★5.下列反应的离子方程式正确的是A.向酸性KMnO4溶液中加入草酸溶液:2MnO4-+5C2O42-+16H+= 10CO2↑十2Mn2++8H2OB. Na2S2O3溶液与稀硫酸共热:S2O32- +2SO42- +6H+=4SO2↑+3H2OC. Fe与稀硝酸反应，当n(Fe) : n(HNO3)=1 : 2时,3Fe+ 2NO3-+8H+=3Fe2+ + 2NO↑+4H2OD.向Ba(OH)2溶液中滴加NaHSO4至溶液呈中性:Ba2++ OH-+H++SO42- =BaSO4↓+H2O6.某食品添加剂的主要成分为WZ(RY4)2·12X2Y。

已知X、Y、Z、R、W为原子序数依次增大的前20号元素,X、Z的周期序数等于主族序数,Y和R位于同主族,基态X、W原子最外层电子排布式为ns1。

全氟磺酸阳离子交换膜

全氟磺酸阳离子交换膜
全氟磺酸阳离子交换膜（Perfluorosulfonic acid ion exchange membrane，简称Nafion膜）是一种常用于电化学和能源领域的离子交换膜材料。

它由全氟磺酸聚合物制成，具有出色的热稳定性、化学稳定性和离子传递性能。

Nafion膜的主要特点和优势包括：
1.高温稳定性：Nafion膜具有出色的耐高温性能，能够在高温环境下保持稳定的离子传输性能。

它可以耐受高达200℃的温度。

2.化学稳定性：Nafion膜在酸碱溶液和一些有机溶剂中都表现出较好的化学稳定性。

它不易被腐蚀和溶解，适用于各种化学环境条件下的应用。

3.离子选择性：Nafion膜具有较高的离子选择性。

它可以允许阳离子通过，同时阻止阴离子和大部分有机物质的穿透，从而实现离子的有效传输和分离。

4.水合能力和质子导电性：Nafion膜能够吸附水分子并形成连续的水通道，从而促进质子传导。

它是一种具有较高质子传导性能的材料，适用于质子交换膜燃料电池等应用。

5.机械强度和柔韧性：Nafion膜有着较高的机械强度和柔韧性，能够适应不同形状和尺寸的器件，并具有较好的耐用性和寿命。

Nafion膜广泛应用于燃料电池、电解水产氢、氯碱电解、电池、电解析、电液态无机膜等领域。

二ОО七年第21卷总目次

维普资讯
ｌ次
第２卷第６ｌ期
二ｏｏ七年第２１卷
总题目目次
作者
期页
水．醋酸－甲基乙酰胺体系的等压汽液平衡研究 ……………………………… ．Ｎ．．畅伟贤，管国锋，姚虎卿二澳苯三元物系固液平衡测定与正规溶液模型 …………………………… …… …… ……．．裴艳红，魏东炜３羟基丁酸乙酯．．巴豆酸乙酯．乙醇三元体系等压汽液平衡．．王彦飞，马沛生，王如帆，贾艳宗，孙义孔隙率对膜吸收过程影响的实验研究………………………………… 高坚，任钟旗，张泽廷，张卫东溶剂／非溶剂体系对聚醚砜微孔膜性能和结构的影响 ……… …… ………………李井峰，许振良，杨虎含高浓度羟基乙酸溶液的络合萃取分离… …………………………… 孙后勇，施云海，曹海甬，徐学林蒸发式冷凝器管外水膜传热性能实验研究…… ……………朱冬生，沈家龙，蒋翔，徐丽，欧阳惕丁香油的超临界Ｃ２Ｏ萃取及其微胶囊的制备……………………………………．王金宇，李淑芬，关文强超临界辅助雾化法制备红霉素超细微粒……… ……………李志义，赵顺轩，蒋静智，刘学武，孟庭宇聚对苯二甲酸丁二醇酯在超临界甲醇中降解机理的研究… 黄婕，齐文杰，黄科，吴勇强，朱子彬电极制备工艺及电解液对ＬＦＰ正极材料性能的影响 …………… 张晓鸣，廖小珍，王亮，马紫峰ｉｅＯ振动流化床临界流化速度理论预测与实验研究………… ………………………．朱学军，吕芹，叶世超新型吸附一催化剂Ｌ．ｕＮ吖．２同时脱除Ｓ和ＮＯ的实验研究ａＣ－ａＡ１Ｏ３Ｏ２陈英，王乐夫，陈小平，何俊ｌ６４甲醇存在时镧改性ＨＺＭ．催化剂对噻吩转化反应的影响Ｓ５罗立文，于慧征，孙琳琳，夏道宏，吕仁庆ｌ７Ｏ新型含萘环双马来酰亚胺三嗪树脂的合成、固化反应及其热性能的研究闰红强．程捷，王华清，戚国荣碱金属Ｎａ黑液水煤浆焦．Ｏ气化特性的影响对Ｃ２周俊虎，匡建平，周志军，林妙，刘建忠，岑可法Ｃ２ｕＯ光催化还原含ｇ（Ｉ￣Ｖ）的研究．．－废水．………………………… ……………… 刘自力，刘宏伟，李茹．Ｈ，Ｏ双元体系支链爆炸的特性与防爆安全指标……… …………．Ｃ．陆美丽，胡耀元，马静萌，蒋永福滴状冷凝中液滴的脉动规律及分形分布模型中相邻两代液滴半径比参数兰忠，马学虎，周兴东，宋天一利用乙酰丙酸合成双酚酸的工艺研究…………………………………… …… … 常春，岑沛霖，马晓建云芝菌发酵产漆酶及其对靛蓝脱色的研究……………………………… …… … 高恩丽，张树江，夏黎明单步溶胀聚合法制备单分散分子印迹聚合物微球 ……………………………… 郑细鸣，涂伟萍近临界水中薯蓣皂苷水解生成薯蓣皂苷元的工艺研究……… ……………………．朱宪．王振武．郭晓亚．聚硅氧烷改性聚氨酯显色基团的结构、机理与表征 ………………… 朱春风，李伯耿，姚明．孙小英ｌ： ∞ ｌｌ ¨ ｌ金属酞菁配合物的合成及其三阶非线性Ｍ加 ● ９光学性能研究耜＂躬眩踮夏雪伟，徐庆锋，路建美，姚社春，王丽华，陈飞朱秀林２乙烯基吡啶．．甲基丙烯酸甲酯两嵌段共聚物的合成与表征 …………………… 蔡庆华，孙建中周其云工酪氨酸的消旋研究……………… …… ………………………………………… 王家荣，何俭彭阳峰．ＰＯＹ２３ｂ．ｂＯ催化苯酚与碳酸二甲酯的酯交换反应………………………………．言浩．胡望明沈律明（腈基十一酸的分离提纯工艺研究… …… … … …… … … … … … … … … … … … ０．李林，吴明徐伟箭张治国尹红添加剂的浓度对非离子表面活性剂ＡＯ浊点的影响 …………………………．Ｅ。载金属离子的ｌＸ分子筛吸附噻吩的动态特性 ………………………………… 居沈贵，闰武敏曾勇平３立体传质塔板相对液体提升量的计算………… ………… …………… 刘继东，李春利，王志英张凤宝钛改性硅胶块体吸附剂除湿性能研究…… …… …… …………………………… 玉堂．易立群高学农方纳米镍在陶瓷膜表面的吸附行为研究……………… …… …… ………严芳，仲兆祥，邢卫红徐南平丙烯醛水合催化剂Ｂｌｌ失活机理及提高其稳定性的研究Ｏ周柳茵，蒋淇忠，张春雷。宁春利。邵敬铭相分离辅助方法对有机硅表面活性剂浊点萃取ＰＨｓＡ的影响……… 胡琼．姚炳佳．叶望．杨立ＳＣ制备ＥＡ和ＤＨ乙酯过程中上载量和流速的影响一韩一松。任其龙，杨亦文，张海，吴平东ＦＰＡ苦豆子生物碱单体的分离纯化工艺研究……………………… ……… ………… 王洪新，马朝阳，陶冠军基于Ｃｒｌ流量计和Ｓ的油水两相流质量流量测量的研究 …．马龙博，张宏建，周洪亮，贺庆ｏｉｉｏｓＶＭ手性选择性阳离子交换膜的制备及其评价 …………………………… 付春江．王军，余立新．朱慎林共聚改性聚丙烯腈微孔膜制备和分离性能的研究…………………．尉丽赞．赵强，钱锦文。安全福．亚砜基改性纤维素膜的ｓ２０气体渗透性能研究．．刘振峰，介兴明，金培涛，杨林松．曹义鸣，袁权添加剂ＰＰＥＶ、ＰＧ对ＰＤＦＰＰＰＧ／ＭＡ铸膜液扩散性质的影响 ………．晓天．许振良．魏永明Ｖ／Ｖ（Ｅ）Ｄｃ杨

【国家自然科学基金】_手性选择性_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803

环加成反应烯醇还原酶烯丙基胺烯丙基化热稳定性激活c=c键潜手性酮沙美特罗氨基酸席夫碱植物格氏试剂有机相有机小分子催化剂有机催化普萘洛尔外消旋体拟除虫菊酯拆分手性金属卟啉手性选择性手性药物手性有机催化剂手性双膦配体手性化合物手性助剂手性分离手性农药手性催化剂手性乳液手性中闻体手性α -氨基酸酯应用巴豆酸酐层出镰孢菌ecu2002 局限性对映体选择性对映体收敛转化对映体分析方法对映体安全性评价多级电渗析多相手性催化固定化细胞呋喃类化合物吸收含氮配体发展策略反式dv菊酸双嘑唑啉厚体液膜单膦不对称氢化协同活化效应动态动力学拆分分离内酯酶
科研热词不对称合成手性识别手性拆分铱对映体合成催化剂自由基聚合脂肪酶立构规整性稀土盐离子液体生物碱烯烃拟除虫菊酯手性合成手性化合物平面手性固定化脂肪酶哌啶光学活性聚合物代谢不对称氢化 β -氨基醇 deoxoprosophylline 麦芽糖结合蛋白高效液相色谱高分子网络高分子催化剂马拉硫磷饱和酮顺反异构选择性靶标生物非靶标生物非对映立体选择性非对映异构选择性铱络合物铱催化铂催化剂钛络合物金鸡纳碱酒石酸酯酒石酸衍生物配位聚合物选择性转移氢化选择性反射还原锂化辛可尼定辅酶再生路易斯酸负载型催化剂识别性能
2009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

用手性选择性阳离子换膜分离DL-苯甘氨酸

左右 .
关键词: 手性选择性; 阳离子交换膜; 电渗析; 拆分; 苯甘氛酸中图分类号: TQ460 T心 28.8 ; 旧文献标识码: A 手性药物有广阔的市场前景.很多单一手性药物的获得依靠的是不对称合成法和拆分法，最为广泛应用的拆分法有色谱法、结晶法、化学拆分法等. 目前膜过程已成为工业上气体分离、水溶液分离、化学产品和生化产品的分离和纯化的重要过程，也为
系定其性能，如图1所示.膜面积4 cn1 统测原理 9 2，
厉斗咪侧的D乙一苯甘氨酸溶解在盐酸溶液中， = pH
收稿日 2 06一一修改稿收到日 2006一 17 期: 0 06 27; 期: 7一基金项目: 国家自科学基金资项目然助 (20376 39) ; 国 973” 0 家“ 资助项目 o 3CE 15701) (Z 石作者简介: 王晶石(198 一，河北人， 1 ) 女，硕士研究生. ，通讯人<y l i @t in hu .e u.c ) 联系 u i n s g a d n x
过阳离子交换膜，选择系数在 1. 0 左右， 5 并且基本不随原料的改变而改变， 1 所示. 如表表 1 分离系数与原料中氨基酸比例(D/ ) 的关系 L
Table 1 Re a io shiP 阮w lt n n e e s Paratl f to n c o a r
时间尔lin
d . 二
王晶石，彭勇，余立新‘
(清华大学化学工程系，北京 100084)
摘要: 以烯醇为聚乙基材，加入p 环糊精作为手性选择剂，加入聚丙烯酸促进离子传递，制
得具有手性选择性的阳离子交换膜. 通过电渗析过程分离D乙苯甘氨酸. 改变原料中D 一苯一甘氨酸与 L 一苯甘氛酸的比例，一级电渗析实验结果表明均为 D 一苯甘氛酸优先通过手性阳膜，分离系 1.0 ，数 5 且基本不随原料组成变二级电化. 渗析可以把过程的分离系数提高到 1.1 0

膜法分离一

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期膜法分离一/二价阳离子的研究进展赵国珂，张杨，刘轶群（中石化（北京）化工研究院有限公司，北京 100013）摘要：各类工业过程如水质软化、食用盐纯化、盐湖卤水提锂、酸和重金属资源回收等对一/二价阳离子高效分离的需求日益增长，近年来，针对上述分离体系的膜材料的研究取得了诸多进展。

本文详细总结了针对一/二价阳离子分离的选择性阳离子交换膜、纳滤膜、支撑液膜和离子印迹膜的研究进展，重点梳理了相关膜材料的离子选择性优化思路和机理，对比分析了上述膜过程的特点和适用场景。

基于此，作者认为，离子筛分精细化是膜分离技术的重要发展方向。

在分子尺度明晰分离层的形成和演化机理，对于提高界面聚合反应可控度，实现在亚纳米尺度膜结构的精细调控至关重要。

通过在膜基体内可控构建目标离子的特异性识别位点和传质通道，有望实现高选择性离子筛分。

此外，具有本征规则孔道结构的新型分离膜材料，如MOFs 、COFs 、二维层状结构膜等，在精细筛分方面具有良好的发展潜力。

关键词：阳离子交换膜；纳滤膜；液膜；离子印迹膜；一/二价阳离子分离中图分类号：TQ31 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1363-11Membrane technologies for monovalent/divalent cation separationZHAO Guoke ，ZHANG Yang ，LIU Yiqun(SINOPEC (Beijing) Research Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Beijing 100013, China)Abstract: Efficient separation of monovalent/divalent cations is highly demanded in various industrial processes such as water softening, lithium extraction from salt-lake brine, the production of edible salt and the comprehensive treatment of acidic wastewater. Research on the above membrane materials used in these separation systems has advanced significantly in recent years. This paper presented a comprehensive review of the membrane-based technologies for monovalent/divalent cation separation, including selective cation exchange membranes, nanofiltration membranes, supported liquid membranes and ion imprinting membranes. The optimization strategies and underlying mechanisms for the membrane selectivity were highlighted. The characteristics and applicable scenarios of the above membrane processes were compared. Considering this, it was proposed that the selective ion separation was one of the key areas for membrane separation technology. Clarifying the formation and evolution mechanism of the separation layer at the molecular scale was crucial for improving the controllability of interfacial polymerization reactions. Highly selective ion screening can be realized by controllably constructing recognition sites and mass transfer channels for target ions inside the membrane matrix. Novel membrane materials contained intrinsic and regular pore architectures, such MOFs, COFs, two-dimensional layered membranes, etc ., had good development potential for fine ion selection.DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0463收稿日期：2023-03-24；修改稿日期：2023-04-27。

单价选择性阳离子交换膜的制备及工艺优化

第41卷第1期2021年2月膜科学与技术MEMBRANE SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.41No.1Feb.2021单价选择性阳离子交换膜的制备及工艺优化张引弓，李福勤$,朱敏，李佳宾（河北工程大学能源与环境工程学院，邯郸056038）摘要：以8咯为改性材料，采用浸渍表面改性法，对普通均相阳离子交换膜进行表面改性来制备单价选择性阳离子交换膜.通过电渗析试验,研究不同制备因素对改性膜选择分离性能的影响，从而优化制膜条件；并在最佳制备条件下,对改性膜进行膜面表征与基本性能测试.结果表明，最佳制膜条件为浸渍温度40C,浸渍时间6h,8咯浓度0.2mol/L，氧化剂浓度与种类为0.8mol/L的FeCl3;膜改性后表面更为平整，离子交换容量、含水率与溶胀度分别为0.78 mmol/g a7.3%与&5%；Ca2+的泄漏率仅为7.7%,Na c的透过率为60.3%,选择透过性系数可达7.8,有优良的离子选择分离性能.关键词：8咯；浸渍表面改性法；均相阳离子交换膜；单价选择性阳离子交换膜；选择分离性能中图分类号：TQ028.8文献标志码：A文章编号：10078924（2021）01005707doi：10.16159/ki.issnl007-8924.2021.01.008离子交换膜技术作为膜分离技术的重要组成,由于其具有操作简单、成本效益高、能耗低、环境友好等优点，已在环境保护、资源回收、能源生产等方面得到广泛应用：2—4（,但在某些领域如饮用水生产中的选择性除盐、海水浓缩制氯化钠、锂的提取、废液中的酸回收以及特定离子去除等5则需要离子交换膜具有单/多价离子选择性能，而单价选择性离子交换膜弥补了普通离子交换膜这一缺陷•尽管已有商品化的单价选择性离子交换膜应用于工业领域,但它们的分离性能和价格并不令人满意.近年来，国内外大量学者和机构展开了对高性能单价选择性离子交换膜的研究.针对单价选择性阳离子交换膜，阳离子之间的选择性分离主要取决于它们对膜的亲和力和离子在膜中的迁移率阳离子选择性分离过程的机理可概括为'—7：（1）静电斥力效应，（2）空间孔径筛分效应，（3）Gibbs水合能效应.因此，基于以上3种分离机理，离子交换膜的改性可分为膜基体改性和膜表面改性•膜基体改性主要包括共价交联'—10（、聚合物共混'1—2，膜表面改性主要包括浸渍法'3—6、电沉积法'7—20、层层自组装法：21—23等•近年来，一些新的方法如光诱导法'4（、退火法'5（、重氮诱导锚定法'6（等也用于离子交换膜的改性•相对于膜基体改性,膜表面改性更为简单、经济与有效•目前单价选择性阳离子交换膜的改性材料主要为导电高聚物，如聚毗咯'4,8—30（、聚苯胺皿、聚乙烯亚胺'6（、壳聚糖、聚季R盐'0（等.本文以简单有效的浸渍法为改性方法，以稳定性高、易于合成的聚毗咯为改性材料，通过对普通均相阳离子交换膜进行表面改性，制备单价选择性阳收稿日期：2020-03-13；修改稿收到日期：2020-09-30基金项目河北省重点研发计划项目（19213602D）第一作者简介：张引弓（1994-），男，河北唐山市人,硕士生，研究方向为膜分离理论与技术,E-mail：1028271666@,通讯作者,E-mail:*******************引用本文：张引弓，李福勤，朱敏，等•单价选择性阳离子交换膜的制备及工艺优化'（•膜科学与技术,021,1（1）:57—63&Citation：Zhang Y G,Li F Q,Zhu M,t al Preparation and process optimization of monovalent selective cation exchange membrane'].Membrane Science and Technology(Chinese),2021,41(1):57一63.・58・膜科学与技术第41卷离子交换膜，并与改性前的膜及商品化单价选择性阳离子交换膜进行离子选择分离性能比较"通过单因素实验优化制膜条件•同时，在最佳制备条件下对膜改性前后进行了膜面表征与基本性能测试.1实验部分1.1实验试剂与仪器卩比咯(C4H5N)、N^Cl、CaCl2)NaOH)FeCl3) (NH4)2S2O8、Na S2O8、KIO3、H2O2、HCl)H2SO4、EDTA、NH4Cl、氨水、铭黑T、酚L等，均相阳离子交换膜(未改性膜)由山东天维膜技术有限公司提供;商品化单价选择性阳离子交换膜(商品膜)由日本ASTOM公司提供.自制电渗析装置、自制电渗析搅拌器、数显恒温水浴锅;直流稳压电源、振荡器、磁力搅拌器、电子天平、真空干燥箱、扫描电子显微镜、电感耦合等离子光谱发生仪.1.2试验与分析方法1. 2.1单价选择性阳离子交换膜的制备方法预处理过程：将均相阳离子交换膜裁剪成10cmX13.5cm大小，浸入去离子水中12h使其充分延展，取出后浸入0.5mol/L H2SO4溶液中2h待其完全氢化后反复用去离子水冲洗表面残留的酸.膜制备过程:在30C恒温水浴条件下,将预处理后的膜浸入200mL浓度为0.2mol/L的毗咯溶液中,向卩比咯溶液加入20mL浓度为0.06mol/L 的HCl溶液作为质子酸掺杂剂，待其混合均匀后"伴随搅拌向毗咯溶液缓慢滴加20mL浓度为0.2mol/L的FeCl3溶液，滴加速度为2mL/min,滴加完后，使毗咯在膜表面充分反应6h反应结束后取出膜用去离子水反复冲洗，去除表面残留氧化剂"放入去离子水中备用.1.2.2电渗析装置与试验方法电渗析试验采用自制四室电渗析装置(如图1所示)装置阴、阳极板材料分别为不锈钢与钛涂钉"中间放置的C$EM为1.2.1制备的单价选择性阳离子交换膜(或未改性膜、商品膜)两侧放置的AEM为阴离子交换膜，膜的有效面积是7X9cm?.两侧极室内的极液为0.2mol/L Na SO-淡室溶液为0.1mol/L CaCl2和0.1mol/L NaCl,浓室为0.05mol/L NaCl,各室溶液体积均为500mL,电渗析时间为2h电流密度为10mA/cm2.------------------+直流电源---------图1电渗析试验装置示意图Fig.1Schematic diagram of electrodialysis test device 1.2.3膜面表征与基本性能测定1)扫描电子显微镜(SEM)观察膜表面形貌将膜用去离子水反复冲洗后放入真空干燥箱"在30C条件下将其干燥24h对处理好的膜进行喷金处理，随后进行扫描电子显微镜观察•2)离子交换容量(EC)的测定离子交换容量反映膜与反离子交换能力的高低,其测定方法为：(1)先用1mol/L HCl反复冲洗膜3次；(2)将膜浸入1mol/L HCl中浸泡24h；(3)膜用离子水3"除膜残留的H十；⑷将膜样再浸入50mL浓度为1mol/L 的NdCl溶液中24h每6h换1次NdCl溶液;(5)浸泡完后，收集浸泡液，以酚L为指示剂，用0.01mol/L NaOH滴定浸泡液中H十，即为n H十(mmol)；(6)将膜再用1mol/L NaCl溶液浸泡2h,使其转化为Na型，用去离子水反复冲洗膜表面;(7)将膜在30C条件下真空干燥24h称取干重记>4/%dry(Na,g)•离子交换容量按公式(1)计算：iec=6h+(mmol)(1)%dry(Na,g)3)含水率和溶胀度的测定把膜准确裁剪成5cmX5cm大小，放于去离子水中浸泡24h将膜取出后用滤纸轻轻擦去膜表面水分用电子天平称量，己为湿重W湿，同时测量湿膜尺寸并计算其膜面积+湿；称量后的湿膜在30C条件下真空干燥24h至恒重,称量，己为干重W干,测膜尺寸并计算膜积+含水率&w(%)按公式(2)计算：&w(%)=W J干⑵溶胀度3(%)按公式(3)计算：第1期张引弓等：单价选择性阳离子交换膜的制备及工艺优化・59・S r(%)=A AA⑶4)膜对离子分离性能的测定离子透过率$(%)的测定：7(%)=$$(4)5i式中：％G表示电渗析试验前后i离子的浓度差"mol/L；C01表示电渗析试验前淡室i离子的初始浓度mol/L.选择透过性系数D N»用来表示膜对本试验中Na十/Ca2c两种价态离子的选择透过性能，其数值越大，表示膜对Na十/CJ十选择分离能力越高,其计算如公式(5)所示：△C j十/C j十△C ea2十/C a2十5)式中：％C Na十与△C j2十分别表示电渗析试验前后Na十与Ca2c的浓度差,mol/L；C j十与G/十分别表示电渗析试验前Na十与Ca2+的初始浓度,mol/L.Nd十浓度的测定采用电感耦合等离子光谱发生仪(ICP)测定；Ca2十浓度的测定依据《水和废水检测分析方法》(第四版)，采用EDTA滴定法测定.2结果与讨论2.1改性条件对膜选择分离性能的影响因素分析2.1.1未改性膜与商品膜选择分离效果为便于膜改性条件的比较与分析，通过电渗析试验对未改性膜与商品膜进行离子选择分离性能的测定，其结果如表1所示.表1膜选择分离性能Table1Membraneselectiveseparationperformance项目a十透过率/%CJ+泄漏率/%性系数D C(+性膜65545614膜44121620由表1可知，未改性膜的选择透过性系数为1.4,其对Nd十/CJ十基本无选择分离作用，而商品膜选择透过性系数为2.0,其对Na十/Ca?十的选择分离作用优于未改性膜昇旦其在降低CJ十泄漏率的同时,也减少了Na十的透过率，因此其选择分离性能也不太理想.21.2浸渍温度对改性膜选择分离性能的影响保证其它制膜条件不变,通过电渗析试验分别测定不同浸渍温度条件下制备的单价选择性阳离子交换膜对CJ十/Na十体系选择分离性能，其结果如2&图2浸渍温度对改性膜选择分离性能的影响Fig.2Effect of impregnation temperature on selective separation performance of modified membrane从图2可以看出,CJ十的泄漏率随浸渍温度的上升呈现先减小后增加的趋势，这是因为毗咯的聚合反应受温度影响大，温度过低抑制反应进行,导致在膜表面合成的聚毗咯产物低，影响了改性膜对Ca2c的截留效果，而反应温度过高"比咯聚合反应过快，其分子链不能正常增长,导致合成聚毗咯的共辄结构不稳定，使膜表面形成的聚G咯有结构缺陷,从而增加了CJ十的泄漏率.Na十的透过率在不同浸渍温度条件下基本不变，且和未改性膜水平保持一致，说明浸渍温度对Na十的透过率基本没有影响,离子的化"数随温度的升高呈现先增加后减小的趋势，并在所研究温度范围内均优于未改性膜和日本膜.40C为最佳膜制备温度，此时CJ十的泄漏率和选择透过性系数均达到最优,分别为14.6%和4.5,优于未改性膜的45.6%与1.4,并优于商品膜的216%和2.0.21.3浸渍时间对改性膜选择分离性能的影响保证其它制膜条件不变,通过电渗析试验分别测定不同浸渍时间条件下制备的单价选择性阳离子交换膜对CJ十/Na十体系选择分离性能，其结果如3&从图3可以看出，改性膜对CJ十的泄漏率随浸渍时间的增加减小"6h以"漏化明显，这是因为在2〜6h内，随着浸渍时间的增加, G咯单体不断发生聚合反应,在膜表面不断形成致密聚毗咯层，膜的改性效果不断提高，在6h时"比咯单体反应基本结束，膜改性效果趋于稳定•从图3・60・膜科学与技术第41卷还可以看出，Na+的透过率在不同浸渍时间下依然保持较高稳定性，选择透过性系数随浸渍时间增加不断提高，在2〜6h变化较快，在6h以后变化较为缓慢，在浸渍时间为12h时，改性膜选择透过性数45"性膜和膜&图3浸渍时间对改性膜选择分离性能的影响Fig3Efectofimpregnationtimeonselectiveseparation performance of modified membrane2.1.4氧化剂浓度对改性膜选择分离性能的影响聚卩比咯由卩比咯在氧化剂作用下聚合而成，氧化剂与毗咯浓度相互关联影响着膜的改性效果•故本文将毗咯浓度固定不变,并不断改变氧化剂的浓度,从而改变氧化剂与G咯浓度的比例关系，同时保证其它制膜条件不变，通过电渗析试验测定制备的单价选择性阳离子交换膜对ca十/a十体系选择分离性能，其结果如图4所示.4氧化度对性膜分离性的影响Fig.4Effect of oxidant concentration on selective separation performance of modified membrane从图4可以看出，改性膜对ca十的泄漏率与Na十的透过率均随氧化剂浓度的增加而呈现先减小后增加的趋势，Na十的变化幅度小于Ca2+,Na十的透过率并未像图2与图3呈现的结果那样保持较高的稳定性•在氧化剂浓度为0.8mol/L(氧化剂与G 咯浓度比为4：1)时C j2十泄漏率最低，仅为84%,明显优于未改性膜的45.6%与商品膜的21.6%,有效地截留了Ca2+，此时N q十的透过率为61.4%，略低于改性膜的65.5%,但明显高于商品膜的44.1%.产生这种变化趋势的原因是随着氧化剂浓度的增加，加快了膜表面聚毗咯的合成，膜表面能形成致密的聚毗咯层，从而降低了CJ十的泄漏率，而由于聚G咯层过于致密，其对N el十的透过也产生阻碍作用，而当氧化剂浓度过高时(大于0.8mol/L) G咯单体的化学聚合速度过快,发生过氧化反应，从而破坏了聚G咯的共辄结构，导致CJ十泄漏率与Na十的透过率增加.选择透过性系数随氧化剂浓度的增加而先增加后减小，在氧化剂浓度为0.8mol/ L时达到最佳，系数达到7.4,明显优于未改性膜的1.4与商品膜的2.0.2.1.5氧化剂种类对改性膜选择分离性能的影响保证其它制膜条件不变,通过电渗析试验分别测定氧化剂为FeC—KIO2、NaSzOs、(NH4)2s2O8、H2O2时制备的单价选择性阳离子交换膜对CJ十/a十体系选择分离性能，其结果如图5所示.9080706050403020100%/»談atf ofrtf54321图5氧化剂种类对改性膜选择分离性能的影响Fig.5Effect of oxidant types on selectiveseparation performance of modified membrane从图5可以看出，不同氧化剂种类对膜的改性效果差异明显，以CJ十泄漏率和选择透过系数作为考察改性膜选择分离性能指标，不同氧化剂对膜改性效果由好到坏依次为FeCl〉KIO2〉H2O2& (NH4)2S2O8〉Na2S2O8,当氧化剂为NaS2O8和(NH4)2S2O8时，其改性效果较差，对膜改性效果无第1期张引弓等：单价选择性阳离子交换膜的制备及工艺优化・61・明显提升.只有氧化剂为FeCl3时"莫改性后Ca十漏率(15.3%)小膜的21.6%，改性膜保留了性膜对a十较高，当氧化FeCl、KIO2和H2O2时，改性膜分离性膜2.2膜面表征与性能测定2.1结果，将浸渍时间为6h浸渍温度为40°C,氧化剂种类为FeC3氧化剂浓度为0.8mol/L"比咯浓度为0.2mol/L膜改性的，并对下的单价性阳离子交换膜进行膜征与性能测2.2.1扫描电子显微镜(SEM)观测膜表面形貌6为膜性前与下进行改性制得的单价性阳离子交换膜放大2000倍的膜表形貌图.由图6可以看出"莫改性后较改性前表面较为光滑，这是由于膜生成的聚毗咯填充了膜的，并形成的聚毗咯，使膜形成一个更的结构.(a)改性前(b)改性后图6膜改性前后表面SEM观测图Fig6SEM observation of surface before andaftermembranemodification2.2.2离子交换容量(EC)膜改性前后离子交换容量分0.89和0.78mmol/g,膜改性后离子交换容量较改性前降低了10.1%,这是聚毗咯在膜形成一层正电荷层，能够中和性膜中部分带负电的官，有效离子交换减少,离子交换容量•2.2.3含水率和溶胀度膜改性前水率分别20.0%和17.3%,溶胀度分10.1%和&5%,膜的含水率与溶胀度改性后较之前均有下降，这是膜形成高度致的聚毗咯结，降低了膜的亲水性，同时增加膜的机械强度，导致膜改性水率与溶度•膜的含水率和溶胀度对膜的离子性能有较大影响，与水率或低溶胀度的膜,高溶胀度和高水率的膜通常具有较高的电导率,但离子选择性较2.2.4分离性通过电渗,对最优条件下制备的单价选性阳离子交换膜进行离子分离性能测£结：Na十60.3%,C j2十漏寸7.7%,性系数为7.&与性膜相比，其在a十仅 5.2个百分点的同时，使C j2十漏了37.9个百分点，性系数大大提高,离子分离性能大大提高;与膜相有更高的Nd十和更低的Ca十漏率,分离性膜3结论1)以聚毗咯性，浸渍法性方法,了单价性阳离子交换膜,通过对膜的研究，确膜：浸渍温度为40C浸渍时间为6h,比咯浓度为0.2mol/L,氧化度与类08mol/L的FeCl32)Na十的膜影响小下保持较高性,Ca十膜影响较大,古性系数的变化主要Ca十的化3)下性膜形成聚卩比咯,这导性膜较改性前膜粗糙度减小离子交换容量、水与溶度有性膜对Ca十漏率和性系数分7.7%和78性膜的456%和14并膜的216%和20有较高的离子性与方法有行性参考文献：[叮葛倩倩,葛亮,汪耀明,等.离子交换膜的发展态势与应用展望'(•化工进展,2016,35(6):1774—1785.[2(Ran J,Wu L,He Y,et2.Ion Exchange membranes: New developments and applications[J].J Membr Sci, 2017522:267—291[3(Nagarale R K,Gohil G S,Shahi V K.Recent developments on ion-exchange membranes and electro-membrane processes[J].Adv Colloid Interf Sci,2006,119 (2/3)：97—130.关文学,王三反,李艳红.概述离子交换膜的发展及前景应用'(应用化工,2019,48(4):888—892.[5]He Y,Ge L,Fu Z,et2.Monovalent cations permse・62・膜科学与技术第41卷lective membranes with zwitterionic side chains[J].J Membr Sci,2018,563:320—325.[6(Ge L,W u B,Y u D,et al Monovalent cation perm-selective membranes(MCPMs)：New developments and perspectives[J(.Chinese J Chem Eng,2017,25(11)：1606—1615[7(Hao L,Liao J,Jiang Y,et 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离子交换膜的制备和性能测试

离子交换膜的制备和性能测试离子交换膜是一种重要的用于电化学能够传输的材料。

它的主要应用是在氢能源制备、电解水、化学传感器和可穿戴医疗器械等领域。

这篇文章将着重介绍离子交换膜的制备和性能测试。

一、离子交换膜的制备离子交换膜的制备方法有很多种，其中主要包括以下几种：1.乳液聚合法乳液聚合法是一种常用的离子交换膜制备方法。

其工艺流程如下：（1）首先将单体与引发剂混合，并以一定温度和时间下聚合得到树脂胶珠；（2）将胶珠顺次通过几个反应室进行反应，反应室中引用反应剂反应；（3）最后在一些处理设备中进行后续的处理和干燥，得到合格的离子交换膜。

2.间歇式反应法间歇式反应法是一种非常灵活的离子交换膜制备方法，这种方法的原理主要是反应坩埚中加入水中交换物质，进行反应，反应过程中，反应物会在坩埚中产生不同强度的离子电流，这就是离子交换膜制备过程的重要因素。

反应可多次重复，从而可以制备不同性质的离子交换膜。

3.激光剥离法激光剥离法是一种新型离子交换膜制备方法，通过激光对材料进行加工，从而获得高精度离子交换膜。

这种方法的主要优势是可以获得高精度的离子交换膜，同时不会对材料造成其他损伤。

二、离子交换膜的性能测试离子交换膜的性能检测主要包括以下几个方面：1.离子交换容量离子交换容量是指单位重量离子交换膜可以交换离子的数量。

通常使用酸碱滴定方法进行检测。

该方法的原理是使用标准酸碱溶液对离子交换膜的功能硫酸树脂进行反应测定交换的离子量。

2.离子渗透性测试离子渗透性是指单位时间内离子交换膜通过单位面积的离子量。

检测时，将离子交换膜与两个不同离子浓度的解液隔开，通过检测两个解液中的离子浓度来确定离子渗透性能。

3.电导率测试电导率测试是指在离子交换膜内部，离子在电磁场或价电场作用下移动的速度。

通常使用Siemens表进行测量，把离子交换膜放上电极板，在膜板纵横两个方向上的电阻分别测量，据此可以得到离子交换膜的电导率。

4.耐化学性能测试离子交换膜的耐化学性能也是很重要的，主要使用酸碱化学稳定性测试方法。

离子交换膜法药物分离的工艺流程

离子交换膜法药物分离的工艺流程一、原料制备在离子交换膜法药物分离的工艺流程中，首先需要制备适合纯化的药物原料。

通常是通过酸碱法、有机合成法等方法合成得到的药物解离产生离子。

二、膜选择和预处理离子交换膜的选择非常重要，需要根据药物的性质来选择合适的膜。

常用的离子交换膜包括阳离子交换膜和阴离子交换膜。

阳离子交换膜可以选择性地吸附带正电荷的药物离子，而阴离子交换膜可以选择性地吸附带负电荷的药物离子。

在使用离子交换膜之前，需要进行预处理。

通常的预处理方法包括膜的清洗和活化，以去除膜表面的杂质和提高膜的活性。

三、吸附和洗脱吸附完成后，需要进行洗脱步骤。

可以改变药物溶液的pH值或浓度来改变药物离子在交换膜上的吸附力，从而实现药物的洗脱。

洗脱液中的离子与膜上吸附的药物离子发生竞争吸附，从而将药物离子解离下来。

四、重复吸附和洗脱通常，一次吸附和洗脱很难将药物完全分离和富集。

因此，需要进行多次的吸附和洗脱步骤。

在每次洗脱之后，提取洗脱液中的药物离子，并将其重新注入至下一次吸附柱中，循环进行，以增加药物的纯度和富集倍数。

五、药物回收和药物纯化通过多次吸附和洗脱步骤，药物离子的纯度和富集倍数会逐渐提高。

药物回收即将洗脱液中的药物离子从溶液中分离出来，可以通过蒸发、结晶等方法进行。

药物纯化是离子交换膜法药物分离的最终目的。

可以通过改变吸附柱的工艺条件和循环次数，使得药物离子的纯度达到要求，并得到纯净的药物溶液。

六、检测和分析最后，需要对经过离子交换膜法纯化后的药物进行检测和分析。

常见的方法包括高效液相色谱法、质谱法等。

这些方法可以对药物进行定量分析，确保药物的质量和纯度。

总结起来，离子交换膜法药物分离的工艺流程包括原料制备、膜选择和预处理、吸附和洗脱、重复吸附和洗脱、药物回收和药物纯化以及检测和分析。

通过合理的操作，可以实现对药物的纯化和富集，为药物产业的发展提供支持。

单价选择性阳离子交换膜的制备及工艺优化

一、引言离子交换技术被广泛应用于化学、生物和环境科学领域。

其中，阳离子交换膜是离子交换技术中的重要组成部分，具有良好的选择性和高效的离子交换性能。

本文旨在探讨如何制备具有良好选择性的阳离子交换膜，并优化其工艺。

二、材料与方法2.1 材料本研究所使用的材料包括：氯化苯乙烯（St）、二甲苯（DMT）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、过氧化苯甲酰（BPO）、烷基化庚基三甲氧基硅烷（APTES）和去离子水。

2.2 方法制备阳离子交换膜的具体方法如下：（1）St-DMT 共聚合物的制备在反应釜中加入DMT（3.6 g）、St（10.8 g）、DMF（45 mL），并在惰性气体保护下反应1 h，然后加入BPO（0.05 g）在80。

C 下继续反应24 h，得到St-DMT 共聚物。

（2）MMA 接枝将St-DMT 共聚物分散在甲苯中，在50。

C 下搅拌反应4 h，然后加入MMA（10 mL）、BPO（0.05 g）在80。

C 下继续反应24 h，得到MMA-ST-DMT 共聚物。

（3）硅烷接枝将MMA-ST-DMT 共聚物分散在去离子水中，加入APTES（1 mL）并在100。

C 下反应2 h，形成硅烷接枝的阳离子交换膜。

三、结果与讨论3.1 单价选择性阳离子交换膜的制备本实验采用共聚合物法制备阳离子交换膜，该法能够在反应过程中直接将交换基引入聚合物结构中，从而制备出具有高选择性的阳离子交换膜。

实验中使用St 和DMT 为开环单体，在DMF 中发生自由基共聚反应，并通过加入BPO 引发剂进行活性钩环，最终得到St-DMT 共聚合物。

接着，采用拉曼光谱检测，确证了共聚物中存在苯乙烯-苯基的交联键。

接下来，在St-DMT 共聚物中引入MMA 单体，在甲苯中搅拌反应形成MMA-ST-DMT 共聚物。

此外，在MMA-ST-DMT 共聚物中引入APTES 作为硅烷交联剂，制备出硅烷接枝的阳离子交换膜。

3.2 工艺优化为了进一步优化工艺，本实验进行了硅烷接枝反应时间对交换膜性能的影响研究。

阳离子交换膜cm

阳离子交换膜CM简介阳离子交换膜（Cation Exchange Membrane，CM）是一种用于电化学和膜分离领域的重要材料。

它具有高选择性、高离子传导率和良好的机械稳定性等优点，在能源转换、电池、化工、环境保护等领域有广泛应用。

本文将详细探讨阳离子交换膜CM的结构、性能以及在不同领域的应用。

结构与制备方法结构阳离子交换膜CM由聚合物材料构成，通常采用高分子化学中的离子交换树脂作为基材。

离子交换树脂通常是由树脂胶粘剂和阳离子交换剂组成。

交换树脂胶粘剂可以是聚合物，如聚乙烯、聚四氟乙烯等。

阳离子交换剂则是为了增加膜的离子选择性能，使其只能通过特定的阳离子。

制备方法阳离子交换膜CM的制备方法多种多样，常见的有: 1. 溶液浸渍法：将离子交换树脂悬浮液浸渍到聚合物薄膜中，然后经过干燥和固化等工艺制备膜材料。

2. 聚合物共混法：将离子交换树脂和聚合物以一定比例混合，并在高温下进行加工，形成膜材料。

3. 电化学沉积法：通过电化学反应，沉积聚离子体和阳离子交换基体，形成膜材料。

性能与评价指标离子交换能力膜材料的离子交换能力是衡量其性能优劣的重要指标之一。

一般来说，交换树脂中离子交换剂的含量越高，离子交换能力越强。

离子选择性离子选择性是指膜材料对特定阳离子的选择性能。

阳离子交换膜CM可以通过选择特定的阳离子交换基团来实现对特定阳离子的选择传输。

离子传导率离子传导率是指阳离子在膜材料中传输的速率。

阳离子交换膜CM的离子传导率越高，说明其在电化学应用中传输效率越高。

机械稳定性阳离子交换膜CM在使用过程中需要具有良好的机械稳定性，以抵抗外界压力和流体的作用，确保其长期稳定运行。

应用领域能源转换阳离子交换膜CM在能源转换领域有广泛应用，特别是在燃料电池中。

它可以作为质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）使用，实现氢气和氧气的电化学反应，产生电能。

电池阳离子交换膜CM也可以应用于其他电池系统，如锂离子电池和钠离子电池。

阳离子交换膜的工作原理

阳离子交换膜的工作原理阳离子交换膜的工作原理阳离子交换膜是一种重要的功能性膜材料，广泛应用于电力、化工、环境等领域。

它的工作原理基于阳离子交换过程，下面逐步深入解释这一原理。

1. 什么是阳离子交换膜？阳离子交换膜是一种具有阴阳离子选择性的膜材料，能够选择性地传导阳离子。

它的结构由许多离子交换位点组成，这些位点能够吸附和释放阳离子。

2. 阳离子交换膜的工作机制阳离子交换膜的工作是基于离子交换过程的。

当溶液中的阳离子通过膜材料时，它们会与离子交换位点发生反应，被膜材料吸附。

同时，膜材料中已吸附的其他阳离子会被释放出来，进入溶液。

3. 离子交换过程离子交换过程是指阳离子和交换位点之间的相互作用。

通常，膜材料表面的交换位点带有负电荷，而阳离子则带正电荷。

这种电荷吸引力使阳离子能够与交换位点结合，形成离子交换配合物。

4. 离子交换的选择性阳离子交换膜具有选择性，即只能选择性地通过阳离子而排斥阴离子。

这是因为阳离子与交换位点之间的相互吸引力比阴离子更强，使阳离子更容易被膜材料吸附，而阴离子的通过能力较弱。

5. 应用领域由于阳离子交换膜具有良好的选择性和传导性，它在许多领域有着广泛的应用。

以下是一些典型的应用领域：•电力工业：用于离子交换树脂的制备、电解质制备等。

•化学工业：用于离子交换柱、离子交换器等。

•环境工程：用于水处理、废水处理等。

•生物工程：用于生物反应器、分离纯化等。

结论阳离子交换膜的工作原理基于离子交换过程，通过选择性地传导阳离子，实现了许多工业和环境应用。

它的独特性能为解决离子传输和分离问题提供了一种有效的方法。

该膜材料在未来的研究和应用中将具有更广阔的发展空间。

阳离子交换法

阳离子交换法阳离子交换法是现代化学领域中一种常用的离子交换技术，它主要应用于离子分离、纯化和提纯等领域。

在实际应用中，阳离子交换法通常是将水溶液中的阳离子与交换树脂上的H+或其他可交换阳离子进行置换的一种方法。

本文将着重介绍阳离子交换法的原理、实验操作和应用领域等方面内容。

一、原理阳离子交换法主要基于交换树脂（通常为强酸型的载体）的酸性性质。

当交换树脂表面的H+被取代时，会产生质子反应从而释放出可交换的阳离子。

这种离子置换的趋势可以用以下化学反应表示：RH + HX → RX + H2O其中，RH代表交换树脂表面的酸性基团（通常为H+）；HX代表水溶液中的阳离子（如Na+、Ca2+等）；RX代表交换树脂与水溶液中的Cation置换形成的产物（如NaRH、CaRH 等）。

因此，通过添加与所需交换阳离子亲和力更强的酸性树脂，可以使阳离子从水溶液中吸附到固相载体中，从而实现其分离和纯化。

二、实验操作1.树脂制备：按照需要合成或购买不同种类（如强酸型、弱酸型、选择性树脂等）的交换树脂。

2.树脂处理：将干燥的树脂与水混合制成密液，然后用饱和盐酸溶液反复洗涤树脂直至洗涤液PH值为7.0，最后在室温下干燥树脂。

3.实验步骤：将准备好的树脂放入离子交换器中，加入需要交换的阳离子水溶液，并将其通过交换器，将阳离子置换到树脂中；再将洗涤溶液（如蒸馏水）通过交换器，从而将树脂中附着的离子除去；最后，将处理好的阳离子液体与纯净水进行混合、分离或其他处理操作，从而得到需要的产品。

三、应用领域1.医药制造：阳离子交换法常常用于医药制造中的纯化、提纯和分离等工序，如对药品中的杂质进行去除等。

2.食品工业：使用阳离子交换法可以对食品添加剂、调味料和色素等进行分离和纯化等。

3.环境治理：阳离子交换技术可以用于废水处理、处理重金属、放射性物质、危险化学品等。

4.电子、纺织和石油化工等产业中，阳离子交换法也有广泛应用。

总之，阳离子交换法已成为化工、生物工程、环保等领域中不可或缺的一种技术。

离子交换膜选择透过性的测定

离子交换膜选择透过性的测定离子交换膜（IEM）是一种有机/无机复合膜，它具有控制离子流动的能力，因此被广泛应用于离子选择，水处理和电池中。

离子交换膜的选择透过性是离子交换膜的一种重要特性，它可以用来衡量离子在膜材料中的透过率。

因此，离子交换膜的选择透过性是确定膜材料性能和应用的重要因素，本文着重讨论离子交换膜选择透过性的测定方法。

一、离子交换膜的定义离子交换膜是一种复合膜材料，由有机和无机材料混合组成。

它可以控制离子的流动，因此有许多应用，如水处理，电池，离子筛分等。

离子交换膜的主要结构由固体阳离子或阴离子型离子交换树脂，增强剂和膜基材料组成。

其中，离子交换树脂负责控制离子的流动，增强剂增加膜的均匀性和稳定性，膜基材料提供膜的结构和强度。

二、离子交换膜选择透过性的定义离子交换膜的选择透过性是指离子交换膜中离子的透过率，其以每百万分之一计算。

它可以衡量不同离子在膜材料中的透过率，这可以用来评估膜材料的性能和应用。

一般来说，离子交换膜的选择透过性越高，表示离子的透过率越高，膜材料的性能也越好。

三、离子交换膜选择透过性的测定离子交换膜的选择透过性可以通过三种不同的方法来测定：静态渗透法、动态渗透法和集成场效应测试法。

1. 静态渗透法静态渗透法是一种常用的测定离子交换膜选择透过性的方法，它可以测定膜材料对不同离子的透过率。

该方法的基本原理是将离子溶液与膜材料放置在一起，然后测量溶液的浓度变化，以计算离子的透过率。

2. 动态渗透法动态渗透法是另一种测定离子交换膜选择透过性的方法，它可以测定膜材料对离子的透过率。

该方法的基本原理是将离子溶液和膜材料放置在一起，然后在一定压力下流过膜材料，测量溶液的浓度变化，以计算离子的透过率。

3. 集成场效应测试法集成场效应测试法是一种最新的测定离子交换膜选择透过性的方法，它可以测定膜材料对离子的透过率。

该方法的基本原理是在膜材料上施加一定的电场，然后测量溶液的浓度变化，以计算离子的透过率。

PVA基杂化阳离子交换膜的制备及其碱回收性能的开题报告

PVA基杂化阳离子交换膜的制备及其碱回收性能的开题报告尊敬的评委、老师们：大家好！我选题的题目是“PVA基杂化阳离子交换膜的制备及其碱回收性能”。

下面我将从以下几个方面展开我的开题报告。

一、研究背景杂化阳离子交换膜在环保、电化学及生物医药等领域都有广泛的应用。

目前，常用的杂化阳离子交换膜制备方法主要包括复合法、交联剂法和条件可逆动力成型法等。

然而，这些方法存在着一些问题，比如复合法和条件可逆动力成型法制备的膜存在微孔和有机物残留等问题，而交联剂法制备的膜则存在交联度难以控制和交联剂残留的问题。

二、研究内容和目的本文将采用改进的交联剂法，以聚乙烯醇（PVA）为基础材料，利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）作为交联剂制备杂化阳离子交换膜。

并研究膜的交联度对其离子交换性能的影响，以及碱回收性能。

本研究最终的目的是制备出高性能、低成本的杂化阳离子交换膜，为环境治理和电化学等领域提供新的解决方案。

三、研究方法和步骤研究方法包括以下几个步骤：1. 材料准备：选择PVA、APTES等原材料，并分别进行处理。

2. 制备杂化阳离子交换膜：在PVA溶液中加入APTES，生成交联结构的膜。

3. 实验分析：研究杂化阳离子交换膜的交联度、离子交换容量、稳定性等性能，以及碱回收性能。

4. 结果分析：对实验结果进行分析、对比和归纳，探究杂化阳离子交换膜的制备和性能优化方法。

四、预期成果1. 制备出一种新型PVA基杂化阳离子交换膜，具有高离子交换容量和较好的稳定性。

2. 研究出膜的交联度与其性能的关系。

3. 分析杂化阳离子交换膜的碱回收性能，为其在环境治理中的应用提供理论基础。

五、研究意义本研究的意义在于：1. 针对传统杂化阳离子交换膜的制备方法存在的问题进行探究，提出一种新型制备方法，从而改善制备杂化阳离子交换膜的现状。

2. 通过研究膜的交联度与其性能的关系，优化膜的性能，提高其应用效果。

3. 通过分析杂化阳离子交换膜的碱回收性能，为其在环境治理中的应用提供理论基础。