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功能高分子膜的制备及在电合成中的应用

石素宇  
【摘要】:聚丙烯酸(PAA)和羧甲基纤维素钠(CMC)共混后以三价铬离子改性,制备了mPAA/CMC阳离子交换膜;以戊二醛和正二丁基二氯化锡改性壳聚糖(CS),制备了阴离子交换膜(mCS)溶胶。采用流延法制得mPAA/CMC-mCS双极膜。IR分析表明,双极膜阴阳两膜层分别含有-NRH2+和-COO-官能团。膜特性研究表明,双极膜具有较高的离子交换容量和较好的离子渗透性。将该双极膜应用于电解制备四甲基氢氧化铵(TMAH)。 以五氧化二磷,磷酸三乙酯和磷酸为反应剂,制备了磷酸化海藻酸钠,经三价铬离子改性后作为阳膜(mSA);以甲醛、二乙胺改性聚丙烯酰胺制备了阴膜(mPAM)溶胶。将阴膜溶胶流延于阳膜上制得磷酸化mSA/mPAM双极膜。IR与接触角的分析结果表明,SA经磷酸化后,亲水性能显著提高。膜特性研究表明,双极膜具有较高的离子交换容量和离子渗透性。以mSA/mPAM双极膜为电解槽的隔膜,电氧化淀粉为双醛淀粉。 柔性链高分子聚乙二醇(PEG)分别与阳离子交换膜层羧甲基纤维素钠(CMC)、阴离子交换膜层壳聚糖(CS)共混以增强界面的相容性和膜的机械性能。以金属有机高分子多羧基酞菁铜(CuPc)改性CMC、乙酰基二茂铁改性CS,采用流延法制备了CuPc-mCMC/mCS双极膜。双极膜溶胀性和热重分析结果表明膜改性后稳定性能得到了提高。膜交流阻抗、I-V工作曲线的测定结果表明该双极膜阻抗及工作电压均较小。双极膜经改性具有较高的离子渗透性能。 以CuPc-mCMC/mCS双极膜作为电解槽隔膜,在超声波高频振荡下生成的MnO2以纳米尺寸分散在溶液中,可氧化二甘醇为二甘醇酸。实验结果表明,反应时间、反应温度和电流密度对产率和电流效率均有影响。电流密度为17mA·cm-2时,60℃水浴下反应2.5h,产率达90.2%,高于相同条件以Nafion膜为隔膜的产率。与传统方法相比,反应条件温和且能有效利用能源。


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