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双极膜水解离性能改进的研究

彭飞燕  
【摘要】: 双极膜是一种由阴离子交换层和阳离子交换层构成的特殊离子交换膜,它在直流电场反向偏压下可以将水以最低的理论电压解离成氢离子和氢氧根离子。利用这一功能的双极膜电渗析技术由于能够简化工艺而且不产生或者产生很少的废物,所以广泛用于资源回收、污染控制和化工清洁生产。 出于对双极膜电渗析能耗和应用环境的考虑,如何稳定双极膜水解离实际电压和提高双极膜的耐温性就成为了两个很有实际意义的课题。本文从双极膜中间层修饰和材料杂化入手对双极膜进行改性研究,考察了(1)凹凸棒石-FeCl3复合物作为双极膜中间层对双极膜水解离的影响,以及凹凸棒石对Fe3+流失的抑制作用;(2)杂化双极膜和传统的有机双极膜性能优势。 对于中间层的修饰,实验采用流涎法制备了以FeCl3、凹凸棒石、凹凸棒石-FeCl3复合物为中间层的双极膜,进行了电流-电压曲线、阻抗谱图表征,对凹凸棒石-FeCl3复合物和FeCl3作为中间层的双极膜进行水解离实验,同时测定Fe3+流失量和膜的电压降的变化。结果表明:(1)凹凸棒石和FeCl3都可以作为水解离的催化剂。浓度和位阻效应是影响催化剂的两个主要因素。(2)凹凸棒石和FeCl3复合物具有协同催化作用,最佳的浓度是5 g dm-3凹凸棒石和0.005 mol dm-3 FeCl3。(3)从Fe流失、中间层厚度、电压降、酸/碱产量的角度来看,5 g dm-3凹凸棒石和0.005 mol dm-3 FeCl3改性的双极膜功能更稳定。 对于膜材料的杂化,实验采用在阴膜或杂化阴膜上流涎阳膜或杂化阳膜的方式制备杂化双极膜,以含有相同有机成分的双极膜作为空白,测定这些双极膜的电流-电压曲线,并在不同温度下测定双极膜的电压降,通过比较发现:(1)大多数杂化双极膜比含有相同有机成分的双极膜更能催化水解离;(2)杂化双极膜耐温性能比有机双极膜好,而且在高温下性能比较稳定。


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