氯磺化聚乙烯基離子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、膜的耐堿性是制約其在堿式擴散滲析分離過程中應(yīng)用的重要因素。本論文將氯磺化聚乙烯橡膠(CSM)作為膜基體材料，引入帶有可交換陽離子基團的功能單體甲基丙烯酸(MAA)，通過自由基溶液聚合反應(yīng)制備了一系列復(fù)合離子交換膜。研究了不同制備方法構(gòu)建的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(IPN)對膜的耐堿性、微觀形貌、機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等的影響，利用NaOH/Na2WO4體系的擴散滲析實驗研究了膜的分離性能，探索了膜的物理化學(xué)性質(zhì)與分離性能之間的關(guān)系。本論文的研究內(nèi)容如

2、下:
　　第一部分通過構(gòu)建半互穿網(wǎng)絡(luò)(semi-IPN)結(jié)構(gòu)制備CSM/PMAA復(fù)合離子交換膜。將CSM、MAA、偶氮二異丁腈(AIBN)以及交聯(lián)劑二乙烯基苯(DVB)溶于甲苯，聚合后得到均一透明的溶液，將其冷卻后涂于玻璃板上，待溶劑揮發(fā)后得到帶有semi-IPN結(jié)構(gòu)的復(fù)合離子交換膜。測試了不同MAA用量時復(fù)合離子交換膜的含水量、離子交換容量、耐堿性、熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性以及微觀結(jié)構(gòu)，利用NaOH/Na2WO4體系的擴散滲析實驗?zāi)?/p>

3、擬了復(fù)合膜的堿回收性能。實驗結(jié)果表明:膜的含水量(WR)在8.5％-32％之間，離子交換容量(IEC)在3.2-4.4mmol/g之間;制備的膜在熱堿中的溶脹度(ω1)在34.7％-195.4％之間，具有優(yōu)異的耐堿性（在65℃2mol/L NaOH溶液中浸泡60h后質(zhì)量損失ω2幾乎為零）、良好的熱穩(wěn)定性（初始分解溫度在190-229℃之間）、以及力學(xué)性能（拉伸強度為12.8-27.69 MPa，斷裂伸長率為132％-688.87％。當(dāng)M

4、AA使用量為1g時，得到的復(fù)合膜擴散滲析的效果最佳:OH-滲析系數(shù)UOH在0.004 m/h，分離系數(shù)S為12.5。
　　第二部分是通過分步法構(gòu)建互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)的方法來制備CSM/PMAA復(fù)合離子交換膜。首先制備了CSM和MAA的甲苯溶液，后加入MAA和DVB在其溶液中聚合、交聯(lián)共混，聚合反應(yīng)完成后加入硫化劑四硫化雙戊撐秋蘭姆(DPTT)，在185℃，10MPa條件下硫化，制備出帶有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合離子交換膜。通過改變硫化劑

5、DPTT的用量研究了膜的含水量、耐堿性、熱力學(xué)穩(wěn)定性、機械強度、微觀形貌等性能，利用NaOH/Na2WO4體系的擴散滲析實驗?zāi)M了膜的分離性能。研究結(jié)果顯示:MAA的引入提高了膜的親水性（膜的含水量在5.38％-28.3％之間）并賦予了復(fù)合膜可交換離子基團（離子交換容量在3.57-3.88mmol/g之間）;制備的膜具有良好的力學(xué)性能（拉伸強度為19.3-33.4 MPa，斷裂伸長率為140.7％-524.9％）、熱穩(wěn)定性（初始分解溫度

6、在260～281℃之間）以及優(yōu)異的耐堿性(在65℃2mol/L NaOH溶液中浸泡60h后質(zhì)量損失僅為0.85％-2.08％)。將制備的膜應(yīng)用于不同溫度下NaOH/Na2WO4體系的擴散滲析過程，結(jié)果顯示當(dāng)硫化劑(DPTT)用量為5％時膜在55℃下的分離性能最佳:OH-滲析系數(shù)(UOH)為0.0034m/h，分離系數(shù)為16.8。
　　第三部分是采用同步法構(gòu)建互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)來制備CSM/PMAA復(fù)合離子交換膜。首先制備了CSM和

7、MAA的甲苯溶液，利用AIBN引發(fā)其在溶液中聚合，聚合完成后加入交聯(lián)劑二乙烯三胺(DETA)和四硫化雙戊撐秋蘭姆(DPTT)，在185℃，10MPa條件下同步交聯(lián)，制備出帶有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)合離子交換膜。研究了DETA的含量對復(fù)合膜的含水量、離子交換容量、耐堿性、熱穩(wěn)定性、機械強度和微觀結(jié)構(gòu)的影響，并利用NaOH/Na2WO4體系模擬了復(fù)合膜的堿回收性能。研究結(jié)果表明膜的水含量(WR)在12.7-34.8％之間，離子交換容量(IEC)為