双极膜的制备及应用研究进展

介绍了双极膜的基本结构原理及其发展历程，总结了近年来用于双极膜制备和改性的各类膜材料，及可提高双极膜水解离性能的中间催化层,并详细梳理了双极膜电渗析技术在不同领域的应用，为双极膜的制备、改性研究提供参考，为深化、拓展双极膜电渗析技术的应用领域提供借鉴.     

mPAA/CMC-mCS双极膜的制备及其在电合成TMAH中的应用

聚丙烯酸(PAA)和羧甲基纤维素钠(CMC)共混后以3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).当电流密度为15 mA/cm2时,镍网电极工作8 h,产率达74%,电解槽工作电压为3.4 V.     

PAMPSLi-CMC/CS双极膜的制备与表征

将聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂)(PAMPSLi)与羧甲基纤维素钠(CMC)共混制备了PAMPSLi-羧甲基纤维素钠/壳聚糖(CS)双极膜(BPM).实验结果表明,在CMC阳膜层中添加PAMPSLi可提高其离子交换容量和氢离子渗透性能.与CMC/CS双极膜相比,PAMPSLi-CMC/CS双极膜的电阻压降(IR降)和溶胀度均降低.当PAMPSLi的添加量为4%,电流密度为105mA.cm-2时,PAMPSLi-CMC/CS双极膜的IR降为2.0V.     

静电纺丝法制备PAN-CuTsPc纳米纤维改性CMC-PVA/CS-PVA双极膜

分别用Fe3+和戊二醛作为交联剂对羧甲基纤维素钠(CMC)-聚乙烯醇(PVA)阳膜层和壳聚糖(CS)-聚乙烯醇阴膜层进行改性,在中间界面层引入以静电纺丝技术制备的聚丙烯腈(PAN)-四磺酸基铜酞菁(CuTsPc)纳米纤维纺丝,制备了CMC-PVA/PAN-CuTsPc/CS-PVA双极膜(BPM).并用扫描电镜、接触角测定仪,电流密度-槽电压关系曲线、交流阻抗谱等对制备的双极膜进行了表征.结果表明,CMC-PVA阳膜用PAN-CuTsPc纳米纤维纺丝改性后,表面亲水性增强,中间界面层水解离效率提高,致使双极膜的膜阻抗和IR降显著降低.CMC-PVA/PAN-CuTsPc/CS-PVA(w(CuTsPc):3.0%)双极膜在90 mA·cm-2电流密度时的电阻压降(即膜IR降)仅为0.9 V.     

双极性膜电渗析技术在氨基乙酸制备中的应用研究

通过双极性膜电渗析技术,把一乙醇胺脱氢氧化生产氨基乙酸过程中产生的氨基乙酸钠盐转化为氨基乙酸和氢氧化钠.系统研究了制备过程中的电流效率、转化率、能耗、收率及溶液浓度等技术指标.实验结果表明,氨基乙酸钠的转化率达98%,氨基乙酸钠溶液转化的总收率达89%,平均电流效率达72%,平均耗电低于1.0 kW.h/kg氨基乙酸.制得的氨基乙酸产品的纯度≥99.5%.     

光接枝聚合制备双极膜的影响因素研究

以丙烯酸(AA)为接枝单体,二苯甲酮(BP)为主引发剂,二乙烯基苯(DVB)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)为交联剂,在均相阴离子交换膜表面,通过光接枝聚合得到聚丙烯酸型阳离子交换层,形成单片型双极膜结构.考察了光照时间、交联剂用量、引发剂浓度等对光接枝聚合反应的影响.不加交联剂时,单纯以BP为引发剂,接枝程度随反应时间延长而增加,但接枝程度低;交联剂的加入可明显的提高接枝程度,在反应时间为60s左右,接枝程度最大;NPGDA做交联剂时,接枝程度高于二乙烯基苯;以2,4,6-三甲苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)为共引发剂,NPGDA用量为单体量的2.5%时,接枝程度最高,为30.1%.采用均聚型引发剂与接枝型引发剂(BP)复配,可提高接枝程度,但在浓度相同时接枝程度最低.     

聚乙烯醇缩甲醛/甘油微栅膜的可控制备及其应用

通过大量实验,发现了制备不同聚乙烯醇缩甲醛/甘油微栅膜(简称Formvar膜)孔径的最优条件,即通过适当改变Formvar膜溶液中氯仿与甘油的比例,可制得所需孔径范围的微栅膜.文中对采用不同配比制备的微栅膜进行了电镜观察,将90%以上的孔径范围进行了统计测量.结果发现:随着Formvar膜溶液中氯仿与甘油的比例增大,微栅膜的孔径有逐渐变小的趋势.因此,在做不同微纳材料的高分辨显微分析研究时可以有选择地制备相应孔径的微栅膜来满足实际需求;同时文中还举例说明了微栅膜的实际应用.     

不同金属离子改性CMC-PVA/CS-PVA双极膜的研究

分别用Fe3+、Cr3+和Ca2+对羧甲基纤维素钠(CMC)-聚乙烯醇(PVA)阳膜层进行改性,制备了Me-CMC-PVA/CS-PVA双极膜(双极膜简记为BPM,CS为壳聚糖,Me=Fe3+,Cr3+或Ca2+).研究表明,Fe-CMC-PVA阳膜亲水性强于以Cr3+或Ca2+改性的CMC-PVA阳膜,相应地,Fe-CMC-PVA/CS-PVABPM中间界面层水解离能力也较强,膜IR降和槽电压也较低.此外,Fe-CMC-PVA/CS-PVA BPM的机械性能、热稳定性也较好,其在水和酸、碱溶液中的溶胀度也较低,有效地提高了双极膜的性能.     

双核金属酞菁衍生物改性双极膜的制备与表征

将双核金属酞菁衍生物添加到羧甲基纤维素阳膜层制备改性的羧甲基纤维素/壳聚糖双极膜(CMC/CS BPM),用扫描电子显微镜(SEM),电子万能试验机等对其进行了表征.结果表明改性后膜的离子交换容量和双极膜的机械性能得到提高,双极膜的溶胀度下降.此外,具有不同中心金属离子的双核金属酞菁衍生物较具相同中心金属离子的双核酞菁衍生物有更强催化中间界面层水解离能力.当电流密度为60 mA·cm-2时,FeCoPc2 (COOH)12改性的双极膜槽电压只有5.3V.     

双极膜电渗析法制备偏钨酸铵溶液的研究

该研究主要是将钨酸铵溶液作为试验原料,使用双极膜电渗析法(BMED)制出偏钨酸铵(AMT)溶液。在此次研究中,也充分考虑了电流密度、料液WO_3浓度和p H值等各因素对双极膜电渗析法过程的影响程度,并使BMED实验在优化条件下进行。根据实验结果:当电流密度控制在700 A/m~2,溶液WO_3浓度在172.3 g/L,碱室NH4HCO_3浓度为1.5 mol/L,并将渗析时间控制为600 min,温度30℃左右时,BMED过程的电流效率平均达到72%,而耗电仅为0.88 k Wh/kg WO_3,同时WO_3的直收率高达99.9%,整体过程容易操作并且能够平稳运行。     

茶多酚/淀粉可食性膜的制备及其性能

采用流延法制备含不同浓度茶多酚的淀粉可食性膜,对其性能进行表征,以期得到具有一定功能活性的薄膜.结果表明:茶多酚对薄膜的表面结构和水分含量无显著影响;薄膜透明度和接触角随茶多酚含量增加而显著减小;当茶多酚含量为5%时,薄膜具有较好的机械性能和较低的水蒸气透过性;与纯淀粉膜相比,茶多酚/淀粉膜有助于延缓鱼油氧化,可有效抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长;在抑菌试验中,基于计算机视觉和机器学习技术建立的自动菌落计数技术能够准确、高效地进行菌落计数.     

APAM/CPAM双极膜在电氧化双醛淀粉中的应用

以聚丙烯酰胺(PAM)为原料合成阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)和阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)聚合物,制备APAM/CPAM双极膜.IR分析表明,该聚合物膜两边分别含有-COO-、-NH (CH2CH2)2+官能团.该膜能稳定存在于酸溶液中.以APAM/CPAM聚合物双极膜为电解槽隔膜,间接电氧化合成双醛淀粉,整个电解...     

Au-Fe/NaY催化膜的制备及其在CO选择性氧化中的应用

以NaY分子筛膜为基体,采用离子交换法制备Au-Fe/NaY催化膜,研究Fe3+前驱体浓度对催化膜上Au负载量及其对CO选择性氧化催化性能的影响,同时考察反应温度、进料O2浓度对催化膜CO选择性氧化反应的影响。结果表明:随着Fe3+前驱体浓度的增加,Au的负载量增加,当Fe3+前驱体溶液浓度为5.0 mmol/L时,所制备的催化膜催化性能最好;催化膜在12 h的反应时间内具有稳定的催化活性;产物中n(CO)/n(H2)随反应温度的升高先降低后升高,在80℃达到最小,且随进料O2浓度的增加而降低。     

等离子体聚合膜的制备,性能及其应用

研制等离子体聚合装置，并用研制的装置在铝，银等材料上聚合六甲基二硅氧烷膜，进而分析膜的组分及性能，在设计的装置中，选用铝，银等材料作基材，用六甲基二硅氧烷作单体，进行多次放电聚合试验。在基材上可制备出硬膜，膜与基材粘附性好，并具有良好的电绝缘性和优异的抗氧化性。     

泡沫镍/硅烷膜/ZnO复合材料的制备及其光催化性能

采用水热法制备氧化锌(ZnO)微球,并以水基硅烷膜为黏结层、以泡沫镍为基底负载ZnO微球,得到泡沫镍/硅烷膜/ZnO复合材料.采用扫描电子显微镜(SEM)对泡沫镍/硅烷膜/ZnO复合材料的表面微观形貌进行观察.同时研究经多次负载ZnO微球的复合材料和负载纳米二氧化钛(TiO2)的复合材料对甲基橙的光催化降解效果.研究结果表明:ZnO微球的粒径约为5 μm,表面由厚度约为10nm的多孔鳞片组成,水基硅烷膜厚度约为1 μm,与泡沫镍基体结合紧密,负载的ZnO微球部分嵌入硅烷膜.经一次负载ZnO微球的复合材料降解性能最佳,负载ZnO微球的复合材料对甲基橙的降解效果优于负载纳米TiO2的复合材料.     

壳聚糖/nano-TiO2/TiO2 sol-gel固相微萃取膜的制备及其应用

以壳聚糖与钛酸丁酯为原料,通过溶胶-凝胶的方法,合成了壳聚糖/TiO2溶胶,采用交替涂布壳聚糖/TiO2溶胶和纳米TiO2的乙醇溶液于载玻片上,制得了壳聚糖/nano-TiO2/TiO2 sol-gel固相微萃取膜.以6种有机磷农药为分析对象,采用气相色谱法考察了固相微萃取膜的萃取特性.在最优化条件下,有机磷农药的检出限达4.4-41 ng/L,相对标准偏差小于6.5%.该方法用于环境水样中有机磷农药的测定,获得良好的结果.     

纳米TiO2/玻璃膜的制备及其光催化性能

以钛醇盐为原料, 采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2/玻璃薄膜. XRD、AFM和厚度分析表明,纳米TiO2/玻璃薄膜中TiO2为锐钛矿型结构, 粒径为纳米级, 三层膜的总厚度为200#nm.通过调节热处理温度, 能有效控制薄膜中粒子的大小.UV-VIS吸收光谱表明,TiO2/玻璃薄膜可以有效地降解罗丹明B染料废水,其光催化活性随TiO2粒径的减小而增大,受膜厚增加的影响不大.     

CS/PVP复合纳米纤维膜的制备及其表征

通过静电纺丝技术制备了 CS/PVP 质量比分别为0/100、10/90、20/80、30/70、40/60复合纳米纤维膜．通过扫描电镜、红外光谱及 X射线衍射仪对纳米纤维膜进行表征,利用电子强力机对纤维膜断裂强度进行测试．结果表明：CS/PVP质量比从0/100变化到30/70时,纤维形态良好,平均直径随着壳聚糖含量的增加而逐渐减小;质量比达到40/60时,纤维中有大量珠串,均匀性变差．FT-IR 和 XRD 图谱表明,复合纳米纤维膜中CS与PVP存在相互作用,分子之间形成了氢键;复合纳米纤维膜的断裂强度随着 CS含量的增加而增大,当壳聚糖含量达到40％时,其断裂强度为19．87 MPa．     

双极膜电解提溴吸收完成液制备HBr和NaOH

采用双极膜电渗析(BMED)技术,对以提溴吸收完成液为原料电解制备NaOH和HBr的过程进行了研究。系统考察了电流强度、原料液初始质量浓度以及酸碱浓度等对实验的影响,以及在盐室的NaBr溶液中加酸的实验效果,用来模拟以甲酸钠溶液为吸收液的提溴吸收完成液。结果表明:适当提高膜堆的直流电强度有利于产酸产碱,但是电流效率更低,能耗更高,综合考虑,实验采用的电流强度为2.5～3.0 A。当原料液NaBr的初始质量浓度为40～50 g/L以及酸碱初始浓度为0.1～0.2 mol/L时,电流效率较高,能耗较低。随着酸碱初始浓度增加,电流效率和能耗的变化变小。在NaBr原料液中加酸会抑制碱的产生,相反产酸量则会大大提高。