离子基团分布对阴离子交换膜扩散渗析的影响

为揭示离子基团结构及其分布对阴离子交换膜(AEM)扩散渗析行为的影响,设计并制备了3种侧链型离子结构和1种主链型离子结构的聚芳醚砜阴离子交换膜.对所制备的膜的结构以及基础性能、耐酸性、机械性能、扩散渗析性能等进行了系统表征,发现对称离子结构有利于提高膜的离子渗透选择性,且主链型对称离子结构有利于形成更为紧致的聚集态结构,进而增强离子渗透选择性.基础性能、耐酸性及机械性能测试结果表明,所制备的膜满足扩散渗析工艺的要求.模拟废酸扩散渗析实验结果表明,所制备的AEM的扩散渗析性能优于商业膜TWDDA1,尤其是主链型QMPAES膜的酸渗析系数达0.025m/h,分离因子达42.49,在废酸回收领域具有很好的应用前景.     

异丙醇水混合物在PVA膜中的传质模型

根据Flory-Huggins理论和溶解-扩散模型,建立了323 K下聚乙烯醇(PVA)膜分离异丙醇水溶液过程的传质模型,模型计算值与实验值吻合良好.水与PVA膜的相互作用参数小于异丙醇与PVA膜的相互作用参数,说明水与膜间相互作用强于异丙醇与膜间的相互作用,水在膜中优先吸附溶解.水的塑化系数和无限稀释扩散系数都大于异丙醇的塑化系数和无限稀释扩散系数,说明水在膜中的溶解能力及扩散能力都大于异丙醇在膜中的溶解能力及扩散能力,水在PVA膜中优先透过.异丙醇与水的相互作用参数随异丙醇浓度的升高而增大,说明异丙醇浓度越高,PVA膜的选择性越好,渗透汽化分离效果越好.     

全钒液流电池传质及数值分析

目的研究电池内部传质及反应机理,分析钒离子浓度、电解质电势、电解质电流密度的分布以及电解液浓度对电解质电势和过电势的影响.方法基于电池内部的传递规律与反应相耦合的机理,建立三维数值模型,模拟全钒液流电池中的传质规律.结果在放电过程中,沿电解液流动方向,反应物离子浓度逐渐减少,生成物离子浓度逐渐增加;电解质电流密度在膜表面达到最大,向两侧的集流体方向逐渐降低;沿电解液流动和阴极指向阳极的方向,电解质电势逐渐降低.结论集流体附近电化学反应更剧烈,质子在Nafion膜中的传递主要是依靠电渗作用和浓差作用.     

膜电解法合成重铬酸钾的研究

采用自制聚四氟乙烯两室电解槽,以铂片作阳极,不锈钢片作阴极,Nafion？系列全氟磺酸阳离子交换膜作隔膜,铬酸钾、氢氧化钾为原料,研究了电解合成重铬酸钾的新方法。工作中以电流效率、转化率和直流电耗为优化目标,采用正交实验,探讨了电流密度、反应温度、阳极液K2 CrO4初始浓度、阴极液KOH初始浓度、反应时间、膜厚等因素的影响,最终确定电解合成重铬酸钾的最优工艺条件为：反应温度80℃,电流密度2．5kA· m-2,反应时间为理论电解时间408min,阳极液K2 CrO4初始浓度350g/L,阴极液KOH初始浓度50g/L,膜厚0．05mm。     

基于聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)和多壁碳纳米管的超疏水性钠离子选择性电极

全固态离子选择性电极被广泛应用于食品工业，用来检测金属离子的浓度，但目前全固态离子选择性电极传感器存在双电层电容较小、电荷转移电阻大、容易造成电极生出水层、线性响应不够理想的问题，从而影响检测精度。本文在金电极顶部沉积聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)和多壁碳纳米管的纳米复合材料作为离子电子转换层，以增强电学和电化学特性，最后滴铸上钠离子选择性膜混合物，形成钠离子选择性电极。以此开发出来的电极大大改进了电子电荷转移能力和电导率，显示出了优异的电化学性能。循环伏安法和电化学阻抗测试的结果表明，电极在10^-6～10^-1M的范围内表现出58.16 mV/decade的出色灵敏度，检测下限为10^-6.5 M,并具有快速响应(<10 s)能力。新开发的电极具有超疏水性，静态接触角达到了141.2°,在抗干扰测试中表现出了优异的性能，具有良好的稳定性。     

吸附去除水体重金属离子的影响因素研究进展

为了深入研究吸附法去除重金属离子过程中的影响因素,文中系统地阐述了温度、pH值、吸附剂用量、共存离子、共存有机物等因素对吸附过程的影响,这些影响与吸附剂、目标金属离子的性质,以及吸附过程所涉及的吸附机制有关。阐明水体中重金属离子吸附过程中的影响规律以及产生这种影响的机理,不仅有助于吸附机理的确定,还能以此评价吸附剂的实际应用性能。吸附剂的选择是探讨其他影响因素的前提,其物理性质影响到暴露的活性吸附位点数量和吸附质的传质扩散过程,化学性质不仅影响吸附剂的吸附容量和吸附平衡时间,还决定了吸附剂的吸附选择性能;溶液温度的影响与吸附的热力学性质有关;溶液pH值会改变吸附剂活性位点的化学状态和重金属离子在水中的赋存形态;不同的溶液初始浓度提供了不同的驱动力;更多的吸附剂提供更多的吸附位点,但吸附剂过多可能发生团聚现象,反而影响吸附效果;共存离子对吸附过程的影响与背景离子的种类和浓度相关。文中总结了各种因素对水体中重金属离子吸附过程影响的规律以及产生这种影响的机理,以期为水体中重金属离子污染的吸附去除和水体净化提供一定的理论依据。     

基于介观分析的HT-PEM燃料电池阴极扩散层传质研究

目的研究高温质子交换膜燃料电池阴极扩散层中传质过程,解决扩散环境因素降低传质扩散效率的问题.方法基于Martini力场原理建立介观力学数学模型,采用Materals Studio软件中Mesocite模块构建气体与扩散层的粗粒化几何模型,通过介观动力学方法分析温度、扩散层孔隙曲折度、孔隙率和气体组分等因素对阴极扩散层中传质过程的影响,并根据均方位移研究不同因素对扩散系数的影响.结果随着温度升高,气体各组分在扩散层中的扩散系数增大;碳纳米管长度变大,氧气分子扩散系数下降,而水分子扩散系数上升;水分子质量分数增大,氧气分子的扩散系数下降,而水分子的扩散系数上升.结论在一定范围内增大扩散层的孔隙率以及降低反应时水分子的质量浓度会有利于反应气体的扩散,提高反应效率.     

气扫式膜蒸馏用于脱除水中氨的分离性能

针对气扫式膜蒸馏脱除水中氨的过程，以传质基本理论为依据，导出了考虑水中氨解离的总传质系数表达式，并建立了利用实验结果计算总传质系数和选择性系数的方程。在气扫式膜蒸馏实验中测定了各种操作条件下氨浓度和跨膜通量随时间的变化关系，并利用导出的方程、由实验结果得出了相应的总传质系数和选择性系数。研究结果表明，升高料液温度能够提高氨的总传质系数，但却使选择性系数下降；料液的流速对氨的总传质系数和选择性系数均无重要影响，但提高吹扫气速能使两者都明显上升；总传质系数和选择性系数随料液浓度的升高而略有下降；提高料液的初始pH值能同时明显地增大总传质系数和选择性系数。     

开管扩Ga模型的初步建立

依照二次离子质谱（SIMS）、扩散电阻（SRP）和原子力显微镜(AFM)等分析手段,首次阐述了P型杂质Ga由SiO2膜的吸收输运和SiO2-Si内界面上的分凝效应两的统一,完成硅中可控制掺杂的全过程;并揭示了其中SiO2薄层的表面效应及Si的体内效应;初步建立起SiO2/Si系下开管扩散Ga的模型。     

反胶束液－液萃取牛血清白蛋白的动力学研究I．萃取过程

以十六烷基三甲基溴化铵－正己醇－正辛烷反胶束溶液为萃取剂，研究了从水溶液中萃取牛血清白蛋白的动力学。在恒界面池中，通过改变搅拌转速、水相ｐＨ值和离子强度、有机相表面活性剂和助溶剂浓度，测定了在多种条件下的表观传质系数，从而判定萃取过程是由水膜扩散和界面过程共同控制。计算了扩散的传质分系数，进而获取了界面传质分系数随水相条件的变化情况，表明萃取的界面传质为一协同过程，静电作用影响到界面变形的程度，使其对传质速率的影响相当强烈。     

氨基酸溶解性规律及离子－屏蔽晶体模型

指出了氨基酸偶极溶剂化互斥模型在解释氨基酸溶解度规律上的不足，并提出了新的离子－屏蔽晶体模型．该模型依据偶极离子的结构特征，从结晶、水化、扩散、溶解等物理化学过程，分析了离子键、范德华键以及它们形成的离子层、疏水屏障和晶体结构，并论证了等电点时溶解度最低这一原理．     

AZ31镁合金微区电偶腐蚀的数值研究

结合水平集函数方法及移动网格技术,利用有限元法模拟分析了离散型β相分布和连续型β相分布的AZ31镁合金在NaCl溶液中的腐蚀行为,通过解Nernst-Planck方程得到腐蚀过程中AZ31镁合金/NaCl界面的电势、氯离子及镁离子浓度分布,并通过扫描离子选择性电极实验验证了此模拟方法的可行性.模拟分析表明,当β相离散分布在α相周边时,在与β相相邻的α相区域腐蚀速率最快,形成腐蚀缩颈坑,坑内氯离子富集,进一步加速了α相的腐蚀,最终β相逐渐脱离合金进入溶液;当β相连续分布在α相周边时,α相不断被腐蚀,最终α相全部溶解而只剩β相,求解随即停止.扫描离子选择性电极实验结果表明此模拟模型可以对镁合金的电化学腐蚀进行较好预测和判断.     

AZ31镁合金微区电偶腐蚀的数值研究

结合水平集函数方法及移动网格技术,利用有限元法模拟分析了离散型β相分布和连续型β相分布的AZ31镁合金在NaCl溶液中的腐蚀行为,通过解Nernst-Planck方程得到腐蚀过程中AZ31镁合金/NaCl界面的电势、氯离子及镁离子浓度分布,并通过扫描离子选择性电极实验验证了此模拟方法的可行性.模拟分析表明,当β相离散分布在α相周边时,在与β相相邻的α相区域腐蚀速率最快,形成腐蚀缩颈坑,坑内氯离子富集,进一步加速了α相的腐蚀,最终β相逐渐脱离合金进入溶液;当β相连续分布在α相周边时,α相不断被腐蚀,最终α相全部溶解而只剩β相,求解随即停止.扫描离子选择性电极实验结果表明此模拟模型可以对镁合金的电化学腐蚀进行较好预测和判断.     

C—S—H表面上吸附态Cl^-离子的分布特点

应用表面物理化学理论，分析了C—S—H在不同浓度、不同种类氯化物溶液中浸泡后ξ电位发生变化的原因，并在此基础上推测了被吸附的Cl^-离子在C—S—H表面上的分布状态。Cl^-离子似乎是C—S—H的特性吸附离子，只要C—S—H浸泡于氯化物溶液中，Cl^-离子将优先进入吸附层。吸附于C—X—H表面的Cl^-离子的总量包括吸附层中的Cl^-离子量和扩散层中的Cl^-离子量。随浸泡液中Cl^-离子浓度的增大，Cl^-离子不断进入吸附层，但吸附层的空间是有限的，吸附层中Cl^-离子增加的速度逐渐减慢。扩散层的Cl^-离子量取决于ξ电位的大小。在较高浓度的AlCl3溶液中浸泡的C-S—H对Cl^-离子的吸附量显著增大，由于此时双电层已显著变薄，因而不能忽略C—S—H表面长程范氏力对Cl^-离子的吸引作用。     

异型DEFC管状阴极传质过程的模拟研究

以中间相碳微球（MCMB）、石墨粉为原料用凝胶注模成型工艺制成阴极管烧结体,并在烧结体外涂覆扩散层、Pt／C催化层和Nation膜制备管状阴极．利用CFD软件对直接乙醇燃料电池（DEFC）管状阴极的传质过程进行模拟计算和研究,在不同的工作温度、阴极扩散层孔隙率、进气压力以及阴极催化层厚度的条件下,分析DEFC阴极催化层表面的液态饱和度、氧气的摩尔质量分数的变化情况．结果表明：增大阴极扩散层孔隙率、进气压力、催化层厚度和电池温度有利于阴极的传质过程．     

多排石墨芯基体NiHCF膜电极的制备与电控离子分离性能

以多排石墨芯(MRGC)为基体材料, 采用阴极沉积法制备了具有电化学控制离子分离(ECIS)性能的电活性NiHCF膜电极.采用SEM和XPS分析考察了NiHCF薄膜的形貌与组成;在1 mol/L的NaNO3溶液中通过循环伏安法可逆地置入与释放Na+, 考察NiHCF膜电极的离子交换容量、再生性能;在1 mol/L(NaNO3+CsNO3)混合溶液中比较不同混合浓度下膜电极的伏安特性曲线, 分析了膜电极对Cs+/Na+的选择性.同时采用离子色谱测定了氧化态NiHCF膜电极在初始[Cs+]为10 mg/L模拟液中进行ECIS过程的Cs+浓度变化.实验结果表明, MRGC基体NiHCF膜电极离子交换容量大、再生能力好, 对Cs+有较强的选择性, 可用于Cs+的电控离子分离过程.     

燃料电池在机械应力下的工作参数分布

针对质子交换膜燃料电池在机械应力下的气-液两相流进行数学模拟研究,建立了一个二维质子交换膜燃料电池非等温两相流多物理场稳态模型. 该模型综合考虑了固体力学、电化学、传热传质以及气液两相流的物理因素,研究了质子交换膜燃料电池在机械应力作用下的两相流分布.计算结果显示：在机械应力作用下,燃料电池肋板下方的多孔介质应力明显大于流道下方的应力,且在肋板和流道交界处下方的气体扩散层会产生明显的应力集中现象;随着电流密度的增加,阴极相对湿度逐渐增加,但阳极相对湿度会减小;液态水仅在阴极产生且主要在肋板下方的多孔介质内形成,其在阴极的饱和度随电流密度的增加而不断增加.     

电沉积NiHCF薄膜的离子选择性研究

采用电沉积方法在铂、铝基体上制备出具有电化学控制离子交换（ESIX）性能的电活性NiHCF（Nickel Hexacyanoferrate）薄膜，在1mol／L（NaNO3＋CsNO3）和1mol／L（KNO3＋CsNO3）混合溶液中分别测定了不同Cs^＋浓度下薄膜的伏安特性曲线和电化学交流阻抗谱，并根据CV曲线和EIS曲线的变化特征分析了薄膜对Cs^＋／K^＋和Cs^＋／Na^＋离子的选择性。结果表明，交流阻抗技术与循环伏安法相结合可较好地用来表征混合溶液中离子膜的选择性。     

BMED 解离硫酸盐高效清洁制酸碱工艺

 随着工业生产的快速发展,工业废水的排放量迅猛增加,其中大部分工业废水中都含有硫酸盐,硫酸盐的过量排放会对环境水体造成严重的污染与破坏。本研究以硫酸钠废液为原料,采用双极膜电渗析(BMED)新型工艺,实现含硫酸盐废水的回收再利用,高效、清洁地制取酸、碱。实验主要考查了电流密度、原料液浓度及初始酸碱浓度对膜堆性能的影响,并对两种离子交换膜的性能进行对比。结果表明,实验范围内,氢氧化钠的收率高达84.08%,平均电流效率为54%,能耗为5.29 kW·h/kg;氢氧化钠收率和过程能耗均随电流密度的增大而增加;电流密度恒定时,较高的原料液浓度可使膜堆电阻维持在较低的水平,进而降低能耗;适量加入初始酸碱能够降低能耗,但也会降低电流效率。     

碳纳米管基电子-离子双传递功能复合膜的构筑及电驱动离子分离性能

构筑具有电子、离子传递的双功能电活性离子分离膜是电控离子选择渗透膜(ESIPM)分离领域的关键技术。通过将导电碳纳米管(CNT)和纤维素纳米纤维(CNF)共混抽滤，制备了在亚微米尺度具有三维多孔结构的CNT/CNF复合膜，以此为导电基膜，通过溶液渗透策略，在不破坏CNT交联网络结构的前提下，将具有阳离子交换功能的磺化聚苯乙烯(SPS)原位填充到CNT/CNF的亚微米孔道中，制备了具有电子、离子双重传递功能的SPS/CNT/CNF复合膜。采用SEM、XRD、FTIR、接触角测试仪对其结构和性能进行了表征，并结合电驱动膜分离测试装置，对CNT/CNF膜和SPS/CNT/CNF膜的离子分离性能进行了系统对比。结果表明，SPS/CNT/CNF复合膜具有等效商业化离子交换膜的阳离子分离能力，而且具备优良的导电性，其导电性能相较于传统的惰性离子交换膜提升了7个数量级。此外，该SPS/CNT/CNF复合膜还具备优良的电化学活性、亲水性以及稳定性，本研究为制备高性能ESIPM提供了新型的合成策略。