交联型阴离子交换膜的制备及性能研究

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离子交换膜作为一种功能高分子材料广泛的应用于电渗析、海水淡化和碱性燃料电池等现代工业领域。作为电渗析过程的重要组成部分,离子交换膜的性能决定电渗析的效率。随着电渗析技术的快速推广和应用,对于高性能离子交换膜的需求增大。高性能阴离子交换膜必须具有较高的离子交换容量以保证离子的快速交换迁移,而过高的离子交换容量必然导致膜的含水率难以控制,使得膜的尺寸稳定性和机械强度受到破坏。所以阴离子交换膜在应用过程中,离子交换容量和含水率(即尺寸稳定性和机械强度)之间存在着”trade-off”效应。解决这一矛盾问题,是制备高性能阴离子交换膜的关键。
  为了解决离子交换容量和含水率之间存在的平衡问题,本文通过化学交联的方法制备交联型阴离子交换膜。使得阴离子交换膜的离子交换容量得到保证的同时,其含水率的得到有效控制,从而提高膜在使用过程中的机械强度和稳定性。本文中,基于聚苯醚和聚偏氟乙烯两种基膜材料,分别通过紫外交联和化学反应的方法制备交联型阴离子交换膜。并对其进行相关表征和性能测试。
  紫外交联法制备交联型咪唑功能化阴离子交换膜。运用溴甲基化聚苯醚作为基膜材料,1-乙烯基咪唑作为功能化试剂。运用1,6-己二硫醇作为交联剂,在光引发剂的作用下,通过紫外光照射制备一系列交联型阴离子交换膜。实验结果表明,经过交联后,膜的含水率和溶胀度得到了有效地控制,具有良好的尺寸稳定性,且机械强度得到了提高。在电渗析测试中,高离子交换容量的交联膜表现出更好的脱盐性能。表明该交联型阴离子交换膜在电渗析过程中有很好的应用前景。
  基于聚偏氟乙烯制备内部交联型阴离子交换膜。通过氯甲基化反应得到氯甲基化聚偏氟乙烯共聚物,并作为基膜材料。使用1,6-己二胺既作为交联剂又作为季胺化功能试剂,通过一步反应制备一系列交联型阴离子交换膜。结果表明,通过交联得到的阴离子交换膜,在含水量和溶胀度上有了很大改善,尺寸稳定性和机械强度都有所增强。运用于电渗析过程中,交联膜也基本达到与商业阴离子交换膜同样的脱盐性能,且方法更为简单,有着很好的运用前景。
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