手性选择性阳离子交换膜的制备及其评价
聚偏氟乙烯(PVDF)离子交换膜的制备及性能研究

聚偏氟乙烯(PVDF)离子交换膜的制备及性能研究聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride, PVDF)离子交换膜是一种具有良好机械性能和化学稳定性的离子交换膜材料,广泛应用于电池、电解池、蓄能器等领域。
本文将对PVDF离子交换膜的制备方法和性能进行研究。
首先,我们将PVDF聚合物溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中,加入适量的氟酸(HF)进行反应。
在反应过程中,持续搅拌并控制反应温度,使PVDF逐渐溶解,并形成一种多孔膜结构。
然后,将反应溶液在恒定电流下通过电解沉积的方法制备成膜。
通过不同电解沉积时间和电流密度的调节,可以得到不同孔径和厚度的PVDF离子交换膜。
接下来,通过扫描电镜(SEM)对制备的PVDF离子交换膜进行表征。
结果显示,制备的离子交换膜具有均匀的多孔结构,孔径分布范围在1-10微米之间。
同时,利用红外光谱(FT-IR)对膜的结构进行分析。
实验结果表明,PVDF离子交换膜中的偏氟乙烯单体已经成功转化为偏氟乙烯离子交换基团,证明了膜的离子交换能力。
然后,我们对制备的PVDF离子交换膜进行了性能测试。
首先,使用电导率测试仪测量膜的离子电导率。
结果显示,PVDF离子交换膜具有较高的离子电导率,表明该膜在离子传输方面具有良好的性能。
其次,通过循环伏安法测试膜的氧化还原反应性能。
实验结果显示,PVDF离子交换膜具有较宽的氧化还原窗口,表明该膜可应用于多种氧化还原反应过程中。
最后,我们对PVDF离子交换膜进行了应用试验。
首先,我们将其用作染料敏化太阳能电池的阳极。
结果显示,PVDF离子交换膜对阳极材料有良好的保护作用,并提高了太阳能电池的光电转换效率。
其次,我们将其用作电池的隔膜材料。
实验结果表明,PVDF离子交换膜具有良好的电化学稳定性和电化学性能,能够有效隔离正负极,提高电池的循环寿命和功率输出性能。
综上所述,PVDF离子交换膜是一种具有优异性能的离子交换膜材料。
通过合理的制备方法和性能测试,我们可以获得具有良好离子传输性能和电化学稳定性的PVDF离子交换膜。
PVDFPI阳离子交换膜的制备及脱盐性能

第41卷第1期(0(1年(月膜科学与技术MEMBRANE SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.41No.1Feb.(0(1I研究报告#PVDF/PI阳离子交换膜的制备及脱盐性能王乾杰1,李红海"!苏保卫($(1.青岛科技大学化工学院,青岛266042; 2.中国海洋大学化学化工学院,青岛266100)摘要:通过浸没沉淀相转化的方法制备了聚偏氟乙烯(PVDF)/聚酰亚胺(PI)共混膜,使用4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸与三乙胺(DASD-TEA)溶液修饰共混膜表面,制备出PVDF/PI阳离子交换膜.探究了DASD-TEA溶液的浸泡时间、浸泡温度、DASD浓度与PI 的浓度对PVDF/PI阳离子交换膜脱盐率的影响,得出最优的铸膜液配比为质量分数19.0的PVDF、1.0%的PI和80.0%的N,N-二甲基甲酰胺(DMF);最佳的DASD-TEA溶液修饰条件为质量分数0.03%的DASD,浸泡时间为10.0cin,浸泡温度为50.0°C.最佳条件下,PVDF/PI阳离子交换膜的离子交换容量为0.32mmol/g,含水率为3&6%,纯水渗透率为500L/(m2.h.MPa),接触角为81.9°,膜面电阻为2.96!-cm2.采用3组膜对的电渗析装置在电压4V和流量40L/h下对2000mg/L的NaCl溶液进行了120min的脱盐实验,PVDF/PI阳离子交换膜的脱盐率为商‘化阳离子交换膜的1.33倍,其脱盐性能高于商‘化阳离子交换膜.关键词:阳离子交换膜;表面修饰;电渗析;浸没沉淀相转化;交联中图分类号:TQ028.8文献标志码:A文章编号:10078924(2021)01000109doi:10.16159/ki.issnl007-8924.2021.01.001化工生产中经常会产生大量的高盐度废水'1S2(,成分复杂,除了接近饱和的盐(氯化钠)以外,还会有一些有机杂质、水溶性的反应物、产物和副产物等:3s4:.高盐度废水的处理一直是化工、环保领域的难点.目前,处理化工废水的主要方法有蒸发结晶、电化学法、离子交换法、吸附法以及膜分离法等24一5(・高盐度废水通常采用蒸I6的方式进行处理,需要消耗大量的能量,而且其运行成本相当高.因此,采用低能耗和低成本的方法进行高盐度废水的处理在化工、环保方面具有非常重要的意义.随着膜分离技术的发展,使用电渗析技术处理含盐废水受到广泛关注'7(.电渗析技术具有设备材质要,和行成,,长,浓缩倍率高,可拆卸清洗,操作方便等特点匚8一9(,化工物分离等分离领域应用前离子交换膜是电渗析技术的关键.离子交换膜分为均相离子交换膜和异相离子交换膜.目前商品化离子交换膜主要是异相离子交换膜,该膜制备过程简单,应用广泛,但异相离子交换膜存在化学性能不稳定、活性功能基团结合不牢固等缺点10•与其相比,均相离子交换膜的活性功能基团与膜高分子骨架是以化学键结合的,活性功能基团结合牢固,因此结构均匀稳定,电化学性能优良口1,近年来受到广泛关注•离子交换膜性能的优异主要取决于两方面,一方面为选择良好的膜材料,另一方面为制备出性能优异的活性功能基团,大致从这两方面提高离收稿日期:2020-03-08;修改稿收到日期:2020-05-17第一作者简介:王乾杰(1994-),男,山东聊城人,硕士生,研究方向为传质与分离工程.$通讯作者,李红海,E-mail:lihonghai@;苏保卫,subaowei@引用本文:王乾杰,李红海,苏保卫.PVDF/PI阳离子交换膜的制备及脱盐性能[口膜科学与技术,021,1(1):1—9. Citation:Wang Q J,Li H H,S u B W.Preparation and desalination performance of PVDF/PI cation exchange membrane [J(.Membrane Science and Technology(Chinese),2021,41(1):1一9.-2-膜科学与技术第卷子交换膜的脱盐性能•均相膜活性官能基团的修饰可大致分为以下几类:!)将活性功能基团以化学键的方式修饰在离子交换膜上;(2)将聚合物进行功能化,再进行溶解成铸膜液刮制成膜;(3)将某单体进行缩聚或者聚合,该单体应含有离子交换基团或者具有电荷基团,并与另一种单体形成共聚物'2(;(4)聚合物共混改性,如Zhao等'3(以聚乙烯毗咯烷酮(PVP)和主链磺化聚MN(SPES)为原料,加入导电聚苯胺(PANI),制备了复合阳离子交换膜(C-CEMS),增强了膜的离子电导率和脱盐性能•近年来,国内外研究人员在开发高选择性的离子交换膜方面开展了大量的研究工作口2"4_切.目前,聚苯乙烯(PS)、聚MN(PES)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯[(PAN)和聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物材料相继用于离子交换膜的制备:10].聚偏氟乙烯(PVDF)是由偏氟乙烯聚合而成的一种线性半结晶聚合物,耐高温,机械强度高,并具有极高的化学稳定性,耐酸碱、抗氧化性,且成膜性能良好,是一种很好的膜材料.PVDF疏水性良好,能有效地减少水的迁移,这对于离子交换膜是有利的•但PVDF 材料不带电荷,需与荷电聚合物共混,以增加其离子交换容量•但荷电聚合物一般亲水性较强,PVDF疏水性强,二者很难实现分子尺度的共混,从而影响离子交换膜的电化学性质稳定性•聚酰亚胺(PI)是主链上含有酰亚胺环(一CO-N-CO―)的一类特种工程材料,无毒,具有优良的机械性能和热稳定性. P1可以与PVDF实现分子水平上的共混.P1的亚胺环可以与有机胺发生酰胺化反应,从而实现PI的改性,提高其性能•采用荷电基团的胺基化合物交联PI,发生酰胺化反应,可以实现PI的荷电化.4,4'-二氨基二苯乙烯-2,2'-二磺酸(DASD)含有两个胺基,能与PI发生交联反应,从而以化学键的方式将磺酸基团引入到PI主链上•本研究将PVDF与PI 共混,通过浸没沉淀相转化的方法制备平板膜,并采用DASD进行表面修饰,制备出具有增强离子选择透过性的阳离子交换复合膜,并探究DASD溶液的浸泡时间、浸泡温度、浓度以及铸膜液中的PI浓度等对离子交换膜脱盐性能的影响.1实验材料和方法1.1药品PVDF购自于上海有机氟材料有限公司;PI购自奥地利HP polymer GMbH公司;DMF(质量分数99.5%)购自天津富宇精细化工有限公司;DASD (质量分数95%,相对分子质量370.39)购自麦克林生化科技有限公司;TEA(分析纯),氯化钠(NaCl,分析纯),氢氧化钠(NaOH,分析纯),浓盐酸(HC1,质量分数36%〜37%)购自国药集团化学试剂有限公司;聚酯(PP)无纺布购自日本帝人公司;商品聚乙烯离子交换膜(化离子交换膜)购自华膜科技有限公司•去离子(DI)水为实验室自制. 1.2仪器电导率仪(DDSJ-308A),上海仪电科学仪器股份有限公司;离心机(TDL-5A),上海安亭科学仪器厂;刮膜机(H L KG3125),苏州圣垦自动化有限公司;真空干燥箱(DZF-6020),上海精宏实验设备有限公司;电渗析实验装置,实验室自制;磁力搅拌器(DF-101S),河南予华仪器制造有限公司;电子天平(CP-214),奥豪斯仪器(上海)有限公司;恒温水浴槽(SYP-$),南京桑力电子设备厂.1.3离子交换膜的制备PVDF与PI共混膜的制备:在锥形瓶中配制铸膜液PVDF质量分数19%PI质量分数分0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,其余为DMF.将锥形中12h"12h脱泡•在温度为(25士2)°C、湿度为45%士2%的条件下"将铸膜液有聚的上刮膜"刮膜机刮与间的离160m,空气蒸发时间为15s,随后立即放入25C 恒温水浴槽中,发生相转化,固化成膜.10min后将膜从玻璃板上取下,保存在DI水中,制得PVDF与PI共混膜,命名为PVDF-P.DASD饰的阳离子交换膜的:分DASD质量分数为0.01%、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.18%的DASD-TEA水溶液,其中TEA 与DASD的质量分数相同.将PVDF-P分别浸泡在30、40、50、60C的DASD-TEA溶液中,浸泡时间分别为5、10和20min,使其充分修饰膜表面,制备出DASD修饰的PVDF/PI阳离子交换膜,命名为PVDF-P-D.对照膜(纯PVDF膜)的制备:铸膜液中PVDF 的质量分数为19%,不加入PI,其它制膜条件同PVDF/PI共混膜"的膜PVDF& DASD具有两个伯胺基和两个磺酸基,与间苯二胺和PI的亚胺基团发生的开环交联反应相似'6(,DASD的伯胺基团可以与PI 的亚胺基团发第1期王乾杰等:PVDF/PI阳离子交换膜的制备及脱盐性能・3・生交联反应,生成酰胺,使得PVDF-P成功修饰上磺酸基团.PI与DASD反应式如图1所示.图1PI与DASD反应机理Fig.1Reaction mechanism between PI and DASD1.4PVDF/PI阳离子交换膜的表征将实验样品膜用DI水洗净,并在60C真空干燥箱中干燥48h放置于洁净的样品袋中备用.采用傅里叶变换红外光谱仪(ATR-FTIR,Magna-560,美国Nicolet公司)表征PVDF、PVDF-P及PVDF-PD表面的化学结构及组成;采用扫描电子显微镜(SEM,S-4800,日本Hiachi公司)表征膜的表面形貌.1.5PVDF/PI阳离子交换膜的性能参数测试1.5.1接触角(CA)采用光学接触角测量仪(DSA100,德国Kruss 公司)通过静态悬滴法测定膜表面接触角•为减小误差,每个膜片样品上测试3个位置处的接触角,取其平均值为该样品的接触角.待测膜片均在真空干燥箱(一0.095MP j50°C)中处理24h后进行接触角测1.5.2离子交换容量(EC)采用酸碱滴定法测定PVDF-PD的IEC.取适量PVDF-PD置于1mol/L的HCl溶液中浸泡12h并间歇振荡,使交换基团完全转变成H型,转型如式(1)所示.RSO3Na+HCl%RSO3H+NaCl(1)12h后将其取出,用去离子水清洗去除膜表面残留的HCl溶液,用滤纸拭去膜表面附着的水分,用电子天平称取离子交换膜的质量%w,将离子交换膜放入三角瓶中,并加入50mL浓度为1mol/L的NdCl溶液,放入超声振荡器中12h.加入5滴酚L 指示剂,用0.025mol/L NaOH溶液滴定至终点(溶液变为淡粉色).IEC的计算公式为:I=$NaOH X V NaOH%w(2)式中:IEC为离子交换容量,mmol/g;C joh为NaOH液体浓度,mol/L;V noh为N e OH液体体积" mL1.5.3含水率取适量PVDF、PVDF-P、PVDF-P-D膜样品放置于去离子水中在室温环境下浸泡24h使膜含水量呈饱和状态,然后用滤纸拭去膜表面的水分,再用电子天平准确称取湿膜的重量%,然后将湿膜放・4・膜科学与技术第41卷入真空干燥箱中(一0.095MPa,50G)干燥,直至膜的质量不再发生变化,准确称量干燥后膜的质量"1•含水率的计算公式为:w t d m w~m d X100@⑶1.5.4膜的水通量采用自制超滤错流评价装置对PVDF.PVDF-P.PVDF-PD膜进行纯水通量测试.将膜样品置于膜池中,在0.15MMJ压力下预压30mim然后在0.1MPa下测量膜水透过量.纯水通量的计算式为:j=Q⑷Jw*+宀式中:J x为膜的纯水通量,L/(m2.h);Q为%时间内透水体积丄;+为膜的有效面积,m2;*为测试时间,I1.5.5膜面电阻采用上海辰华041660:型电化学工作站,通过交流阻抗谱来测试膜的阻抗值•测试扰动电压为5mV,阻抗谱测试的频率范围为10-2〜106Hz.将制备好的离子交换膜放置在0.5mol/L Na01溶液中浸泡12h后,再进行测试.膜面电阻计算公式为:R1=RXS(5)式中:,i为膜面电阻,!・cm2;S为膜与电极的接触面积,为0.503cm?R为相角为零时膜的阻抗1.6PVDF/PI阳离子交换膜的性能评价在电压4V、流量40L/h下,采用3个膜对的电渗析装置对2000mg/L Na01溶液进行120min 脱盐实验.实验电渗析器电极板采用钛镀钉电极,离子交换膜的尺寸为10cmX15cm,膜的有效面积为70cm?•为了保护电极,用阳膜靠近电极"日膜和阴膜(商品阴离子交换膜)分别为3张和2张.采用一级一段式组装,工艺流程如图2所示.淡水槽、浓水槽和极水槽都装入1L实验用水,浓水、淡水和极水各自独立循环,每隔20min取一次淡水样,测其电导率.电渗析装置对淡水室内溶液盐度去除率用脱盐率表示,它是反映离子交换膜性能好坏的重要参数.脱盐的计算式:/=凤一&X100%(6)式中:.为脱盐率,为溶液初始电导率S/ cm;/t为电渗析器运行*后溶液的电导率S/cm.1.淡水槽2.浓水槽;3.极水槽;4.电源图2实验室电渗析器装置的工艺流程图Fig.2The process flow schematic of laboratoryelectrodialysis installation2结果与讨论*1PVDF/PI离子交换膜的表征PVDF、PVDF-P和PVDF-P-D膜的红夕卜光谱图如图3所示.3种膜的红外光谱非常相近,原因是PVDF的含量远大于PI的含量,所以,PVDF-P 和PVDF-P-D膜上显示的主要是PVDF的特征峰.PVDF膜在840.1070.1177和1407cm s1存在特征吸收峰,其中840和1047cm s1是一CH2拉伸振动峰,1070和1177cm"1是C—F基团特征峰'7(.PVDF与PI共混后,在1723cm"1处出现了一个微弱的峰,这是典型的聚酰亚胺的摄基C=O 的对称伸缩振动峰'8一19(证明PI与PVDF成功共混.PVDF/PI共混膜经过DASD修饰后, 1723cm"1处的峰减弱,证明DASD与PVDF-P发生反应.由文献可知,DASD存在1130、1170和图3PVDF,PVDF-P和PVDF-P-D膜的红外光谱图Fig.3Infrared Spectra of PVDF,PVDF-P andPVDF—P_D第1期王乾杰等:PVDF/PI阳离子交换膜的制备及脱盐性能・5・1030cm—13征峰,为DASD中的〉S=O拉伸振'0—21(・但由于PI相对含量较低,经过DASD修饰后磺酸、酰胺量也较低,因此磺酸的红外吸征非常显.PVDF.PVDF-P和 PVDF-P-D膜的表面扫描电镜图如图4所示.PVDF有明显H 有较的“片层”状结构'2(.共混膜PVDF-P 较为疏松"显的孔结构如图4(b)是由于PI相对于PVDF较为亲水,所形成的共混铸膜液发生化中,PI更易向[扩散"易共混,导致孔结构的形成由图4(b)与图4(c)比较可以看出,经过DASD修饰后"PVDF-P-D膜孔结构数量少"孔径减小.研究的各种离子交换膜的离子交换容量、含水率、纯水通量、接触角和膜面电阻性能参数值如表1,表中也列出了离子交换膜的性参数(a)PVDF表面形貌(b)PVDF-P表面貌(c)PVDF-P-D表面形貌图4PVDF,PVDF-P和PVDF-P-D膜的表面扫描电镜图Fig.4SEM images of surface microscope of PVDF,PVDF-P and PVDF-P-D membranes表1实验所用离子交换膜参数Table1Parameters of the ion exchange membranes used in the experiment目阴膜阳膜PVDF膜PVDF-P膜PVDF-P_D膜IEC/(mmol-g—1) 1.82——0.32水率/%404525.6383386纯水渗透率/(L・m-2・h-1・MPa-1)'100'100311470500接触角/(°)106.3101.589.58281.9膜面电阻/(!*cm2)(17(1516.6 4.37 2.9622浸泡时间对脱盐的影响将PVDF-P!质量分数19.0%的PVDF1.0%的PI80.0%的DMF)分30C的DASD-TEA溶液(质量分数0.03%的DASD".03%的三乙胺"9.94%的去离子水)中5)0和20min,然后进行脱盐实验"吉果如图5•5可以看出,脱盐率随运行时间持续上升.在电渗析脱盐120min后,浸泡5、10、20min的PVDF-P-D脱盐率分别为11.95%、19.44%、14.39%,浸泡10min的离子交换膜脱盐效果最佳.从2h脱盐看"三20min时脱盐差大"0min时脱盐化较大"0min后脱盐率上升,未出现式增长•在外加电压的作用下,脱盐率经过一上升期,脱盐率的升高主要膜的离子交换量,当离子交换量达到最大后,脱盐率的上度"旦仍呈上-020406080100120脱盐运行时间/min图5不同浸泡时间所制备的离子交换膜的脱盐率随运行时间的变化Fig.5The variation of the desalination rate of the ion exchange membranes prepared at different soaking timewith running time・6・膜科学与技术第41卷势2.当DASD修饰时间较短时,DASD与PI未能反应完全,离子交换膜携带的磺酸基团很少,离子交换能力较弱,脱盐性能下降;如DASD修饰时间过长,PI在水溶液中易水解'6(长时间浸泡会导致膜结构的损坏,甚至造成离子交换膜更严重的缺陷,致使脱盐能力严重下降•综上分析,选择最佳DASD-TEA溶液浸泡时间为10min.23浸泡温度对脱盐率的影响将PVDF-P!质量分数19.0%的PVDF10%的PI80.0%的DMF)浸泡在DASD-TEA溶液(质量分数0.03%的DASD".03%的三乙胺,99.94%的去离子水)中10min,改变浸泡溶液温度,探究不同的DASD-TEA溶液温度对脱盐性能的影响,结如6图6不同浸泡温度下所制备的离子交换膜脱盐率随运行时间的变化Fig.6The variation of the desalination rate oftheionexchangemembranespreparedatdi f erentsoaQingtemperaturewithrunningtime从图6可知,在电渗析脱盐120min浸泡温度的不同影响到脱盐的效果当DASD-TEA溶液浸泡温度为30)0)0)0C运行120min脱盐率分别为19.44%)0.06%.26.68%.21.45%.从脱盐趋势来看,在30)0)0C浸泡下,脱盐20min后,脱盐率缓慢上升;在50C浸泡下"0min后脱盐率的上升速度明显高于其它浸泡温度•当浸泡温度为50 C时,DASD与PI反应较为充分,使得离子交换膜磺酸基团增多,从而使离子交换膜具有较强的离子交换能力,呈现出较高的脱盐率•随着浸泡温度的升高,脱盐率也会相应提高,说明提高温度使得DASD 与PI能够更容易发生交联反应更容易修饰上较多的磺酸基团,大大提高了离子交换能力•当浸泡温度为60C时,温度过高使得PI在水溶液中加速水解,导致只有少量PI与DASD发生交联反应,使得离子交换膜携带较少磺酸基团,致使脱盐率下降'7(.因此,没有再继续提高浸泡温度•在实验选定的浸泡温度区间30〜60°C内,确定最佳浸泡温度为50C24不同PI浓度对脱盐率的影响固定PVDF质量分数为19.0%,制备不同PI 浓度的PVDF-P,并将其浸泡在50°C、质量分数0.03%的DASD-TEA溶液中10min,探究不同PI 浓度对脱盐率的影响,结果如图7所示.图7不同PI质量分数下所制备离子交换膜的脱盐随行时间的化Fig.7The variation of the desalination rate ofthe ion exchange membranes at different PIconcentration with operation time从图7可知,PI质量分数为1.0%、1.5%时,脱盐效果较好.其中质量分数为1.0%时,脱盐120mn后,脱盐率最高,但是从脱盐趋势来看,PI 质量分数为1.5%时,在脱盐进行60min时,已达到脱盐最佳,60min之后脱盐率趋于平衡.从不同PI浓度的离子交换膜脱盐趋势来看,外加电压40mn后,脱盐率的上升幅度趋缓,但仍缓慢上升.未加PI的离子交换膜与加入PI的离子交换膜脱盐率相差较大•当PI质量分数为0.5%时,PI浓度较低,经DASD修饰后,PVDF-P-D所带的磺酸基团较少"离子交换较"脱盐较;PI质量分数为1.0%和1.5%时,与其它PI浓度的离子交换膜相比脱盐率更高,说明该浓度下的离子交换膜比度的离子交换膜有磺酸更;PI 质量分数为2.0%时,铸膜液浓度高,并且更黏稠,使得PVDF与PI不能充分均匀分散,致使大量PI第1期王乾杰等:PVDF/PI 阳离子交换膜的制备及脱盐性能・7・不能与DASD 发生交联反应,导致膜缺陷较多,脱 盐能力降低•综合考虑,铸膜液中较优的PI 质量分数为1.0%和1.5%.2.5不同浓度的DASD 对脱盐的影响将 PVDF-P !质量分数 19% PVDF,1.5%PI "79. 5%DMF )浸泡在50 G 不同浓度的DASD-TEA溶液中10 min,探究不同浓度的DASD 对脱盐率的影响,结果如图8所示.3020151052520 40 60 80 100 120脱盐运行时间/min质量分数->-0.01%+ 0.03%* 0.06% ” 0.09% ■0.12% «0.18%图8不同质量分数DASD-TEA 溶液下所制备离子交换膜的脱盐率随运行时间的变化Fig. 8 The variation of the desalination rate of the ion exchange membranes prepared at different concentrationof DASD-TEA solution with running time从图8可知,从低浓度到高浓度的DASD- TEA 溶液对脱盐率影响不同.DASD 质量分数为0. 03%、0. 06%、0. 09%,脱盐效果较好;DASD 质量 分数为0. 01%和0. 18%,脱盐效果较差,其中质量分数为0. 03 %脱盐效果最佳.从整体脱盐趋势来看" 脱盐实验进行40 min 后,浸泡不同浓度DASD-TEA 溶液的PVDF-PD 脱盐率普遍上升趋势变缓,其中浸泡质量分数为0. 03%.0. 06%脱盐上升趋势明显高于其它浓度•当DASD-TEA 溶液质量分数为0. 01%时,DASD 含量较少,使得大部分PI未能与DASD 发生交联反应,携带磺酸基团较少"导致脱盐率较低.由于DASD 相对分子质量很小"若DASD 浓度过大,过多的DASD 会渗透在膜表 面,产生强烈的静电排斥作用,导致Nd 十与磺酸基团交换受阻,导致脱盐率下降'8(.综合考虑,选择 DASD 溶液的 质量分数 003%&根据上述优化结果,进行了重复性实验,分别制 备出PI 质量分数为1 %和1.5%的PVDF-P 膜,并 在上述最佳交联条件(浸泡在50 °C 、质量分数为0. 03 %的DASD-TEA 溶液,浸泡10 min )下交联,然 进行脱盐 实 "结 如 9 & "PI 质量分数分别为1 0%、1. 5%的PVDF-PD 脱盐效果相差不大,并且与图7的结果基本一致,证明重复性很好.综合考虑成本因素,选择PI 最佳质量分数为1. 0%.图9 PI 质量分数分别为1.0%、1.5%的离子交换膜脱盐 随 行时间 的 化Fig9 ThevariationofthedesalinationrateoftheionexchangemembranesatPIcontentof10% and1.5 % with operation time2.6与商品离子交换膜的脱盐性能对比在相同条件下,将上述优化条件下制备的PVDF-PD 阳离子交换膜与商品化阳离子交换膜进行脱盐实验对比,结果如图10所示.图10 PVDF-PD 膜和商品化阳 离子交换膜的 脱盐 随 行时间 的 化Fig10 ThevariationofthedesalinationrateofPVDF-P-D and the commercial cationexchangemembranewithrunningtime从图10中可见,在相同条件下"PVDF-PD膜的脱盐率比商品化阳离子交换膜提高了 1. 33倍,这说明PVDF-PD膜的脱盐性能明显优于商品化*8*膜科学与技术第41卷阳离子交换膜.3结论本研究将PVDF与PI共混,通过浸没沉淀相转化法制备平板膜,并采用DASD进行表面修饰,以化学键的方式将磺酸基团引入膜高分子骨架,制备出具有增强离子选择透过性的均相阳离子交换复合膜,并得到了最优制膜条件:质量分数19.0% PVDF,1.0%PI,浸泡时间为10min,浸泡温度为50C, DASD-TEA溶液质量分数为0.03%.所制备的阳离子交换膜具有多孔结构,其含水率为38.6%,水渗透率为500L/(m2-h-MPa),接触角为81.9。
pvdf阳离子交换膜

pvdf阳离子交换膜PVDF阳离子交换膜是一种具有特殊性能的聚合物膜,它具有优异的化学稳定性、机械强度和抗磨损性,广泛应用于水处理、电化学、能源等领域。
本篇文章将对PVDF阳离子交换膜的制备、性能、应用等方面进行详细说明。
一、PVDF阳离子交换膜的制备PVDF阳离子交换膜的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、相转化法、辐射接枝法等。
其中,溶胶-凝胶法是最常用的方法之一,它是以无机盐或有机金属盐为前驱体,在溶液中合成纳米颗粒,然后将这些颗粒聚集在一起形成凝胶状物质,最后通过热处理得到PVDF阳离子交换膜。
相转化法则是将PVDF溶液通过相转化过程,形成具有一定孔径和孔隙率的薄膜,再通过热处理得到PVDF阳离子交换膜。
辐射接枝法则是利用高能辐射对PVDF进行辐射接枝改性,以提高其离子交换性能。
二、PVDF阳离子交换膜的性能PVDF阳离子交换膜具有优异的性能,主要包括以下几个方面:1.化学稳定性:PVDF具有优异的化学稳定性,能够在强酸、强碱、高温等恶劣环境下保持稳定,因此适用于各种不同领域的应用。
2.机械强度:PVDF具有较高的机械强度和耐磨性,能够承受较大的压力和摩擦力,因此适用于各种需要高强度和耐久性的应用。
3.抗生物污染性:由于PVDF的表面能较低,不容易被微生物附着,因此具有较好的抗生物污染性能,适用于水处理等领域。
4.离子交换性能:PVDF阳离子交换膜具有较好的离子交换性能,能够进行离子的迁移和传递,适用于电化学、能源等领域。
5.耐氧化性:PVDF在高温氧化环境下具有良好的稳定性,能够抵抗氧化剂的攻击,因此适用于高温氧化还原环境下的应用。
三、PVDF阳离子交换膜的应用PVDF阳离子交换膜具有广泛的应用领域,主要包括以下几个方面:1.水处理领域:PVDF阳离子交换膜可以用于海水淡化、废水处理、饮用水净化等方面,具有较好的耐腐蚀性和抗污染性能。
2.电化学领域:PVDF阳离子交换膜可以用于燃料电池、锂离子电池等电化学装置中,作为隔膜材料使用,能够有效地传递离子并阻止电子传递。
湖南省长沙市长郡中学2023-2024学年高三上学期入学考试(暑假作业检测)化学试卷

长郡中学2024届高三暑假作业检测试卷化学本试题卷分选择题和非选择题两部分,共10页。
时量75分钟,满分100 分。
可能用到的相对原子质量:H~1 C~12 N~14 0~16 Ti~48 Ag~108 Ba~137一、选择题(本题共14 小题,每小题3分,共42分。
在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
)1.“益,古大都会也。
有江山之雄,有文物之盛。
”成都第31届世界大学生夏季运动会开幕式上展示的下列文物中,有关叙述错误的是A.金沙石磬由“石料”雕凿的过程只涉及物理变化B.蜀锦由蚕丝线“刺绣”而成,蚕丝是人工合成材料C.青铜面具的主要成分是合金D.太阳神鸟金饰中“金箔”体现金属具有延展性★2.下列符号表征错误的是A.H2分子中σ键的电子云轮廓图:B. H2S的VSEPR模型:C. MgCl2的形成过程:D. HCO3-的水解方程式:HCO3-+H2O H3O++CO32-★3.下列实验方案能够达到目的的是4.下列有关物质结构和性质的叙述错误的是A.甲酸酯、葡萄糖和醛类都能发生银镜反应B.邻羟基苯甲酸的沸点低于对羟基苯甲酸C.含1个手性碳原子的分子- -定是手性分子D.原子半径越小,对应元素的第--电离能和电负性均越大★5.下列反应的离子方程式正确的是A.向酸性KMnO4溶液中加入草酸溶液:2MnO4-+5C2O42-+16H+= 10CO2↑十2Mn2++8H2OB. Na2S2O3溶液与稀硫酸共热:S2O32- +2SO42- +6H+=4SO2↑+3H2OC. Fe与稀硝酸反应,当n(Fe) : n(HNO3)=1 : 2时,3Fe+ 2NO3-+8H+=3Fe2+ + 2NO↑+4H2OD.向Ba(OH)2溶液中滴加NaHSO4至溶液呈中性:Ba2++ OH-+H++SO42- =BaSO4↓+H2O6.某食品添加剂的主要成分为WZ(RY4)2·12X2Y。
已知X、Y、Z、R、W为原子序数依次增大的前20号元素,X、Z的周期序数等于主族序数,Y和R位于同主族,基态X、W原子最外层电子排布式为ns1。
全氟磺酸阳离子交换膜

全氟磺酸阳离子交换膜
全氟磺酸阳离子交换膜(Perfluorosulfonic acid ion exchange membrane,简称Nafion膜)是一种常用于电化学和能源领域的离子交换膜材料。
它由全氟磺酸聚合物制成,具有出色的热稳定性、化学稳定性和离子传递性能。
Nafion膜的主要特点和优势包括:
1.高温稳定性:Nafion膜具有出色的耐高温性能,能够在高温环境下保持稳定的离子传输性能。
它可以耐受高达200℃的温度。
2.化学稳定性:Nafion膜在酸碱溶液和一些有机溶剂中都表现出较好的化学稳定性。
它不易被腐蚀和溶解,适用于各种化学环境条件下的应用。
3.离子选择性:Nafion膜具有较高的离子选择性。
它可以允许阳离子通过,同时阻止阴离子和大部分有机物质的穿透,从而实现离子的有效传输和分离。
4.水合能力和质子导电性:Nafion膜能够吸附水分子并形成连续的水通道,从而促进质子传导。
它是一种具有较高质子传导性能的材料,适用于质子交换膜燃料电池等应用。
5.机械强度和柔韧性:Nafion膜有着较高的机械强度和柔韧性,能够适应不同形状和尺寸的器件,并具有较好的耐用性和寿命。
Nafion膜广泛应用于燃料电池、电解水产氢、氯碱电解、电池、电解析、电液态无机膜等领域。
二ОО七年第21卷总目次

l 次
第 2 卷第 6 l 期
二 o o七 年 第 2 1卷
总 题 目 目 次
作 者
期 页
水. 醋酸- 甲基 乙酰胺体系的等压汽液平衡研 究 ……………………………… . N. . 畅伟贤, 管 国锋, 姚虎卿 二澳苯 三元物系固液平衡测定与正规溶液模型 …………………………… …… …… ……. . 裴艳红, 魏东炜 3羟基 丁酸 乙酯. . 巴豆酸 乙酯. 乙醇 三元体系等压汽液平衡 . . 王彦 飞, 马沛 生, 王如帆, 贾艳 宗, 孙 义 孔隙率对膜 吸收过程影响 的实验研 究………………………………… 高 坚, 任 钟旗, 张泽廷, 张卫东 溶剂/ 非溶剂体系对聚醚砜微孔膜性 能和结构 的影响 ……… …… ………………李 井峰, 许振 良, 杨 虎 含 高浓度羟基 乙酸溶液的络合萃取分 离… …………………………… 孙后 勇, 施 云海, 曹海 甬, 徐 学林 蒸发 式冷凝器管外水膜传热性能实验研 究…… ……………朱 冬生, 沈家龙, 蒋 翔, 徐 丽, 欧阳惕 丁香油的超临界 C 2 O 萃取及其微胶囊的制备……………………………………. 王金 宇, 李淑芬, 关文强 超临界辅助雾化法制备红霉素超 细微粒……… ……………李 志义, 赵顺轩, 蒋静智, 刘学武, 孟庭 宇 聚对苯 二甲酸丁二醇 酯在超临界 甲醇 中降解机理的研 究… 黄 婕, 齐文杰, 黄 科, 吴勇强, 朱子彬 电极制备工 艺及 电解液对 LF P 正极材料性能的影响 …………… 张晓鸣, 廖小珍, 王 亮, 马紫峰 ieO 振动流 化床临界流化速度理论 预测与实验研 究………… ………………………. 朱学军, 吕 芹, 叶世超 新 型吸 附一 催化剂 L . uN 吖. 2 同时脱 除 S 和 NO 的实验研 究 aC - a A1 O3 O2 陈 英, 王乐夫, 陈小平, 何 俊 l 6 4 甲醇存在 时镧 改性 HZ M. 催化剂对 噻吩转化反应的影响 S 5 罗立文, 于慧征, 孙琳琳, 夏道宏, 吕仁庆 l 7 O 新型含萘环双马来酰 亚胺 三嗪树 脂的合成 、固化反应及其 热性 能的研 究 闰红 强. 程 捷, 王华清, 戚 国荣 碱金属 Na 黑液水煤 浆焦. O 气化特性 的影响 对 C 2 周俊虎, 匡建平, 周 志军, 林 妙, 刘建 忠, 岑 可 法 C2 uO光催化还原含g( I  ̄ V ) 的研 究.. - 废水 .………………………… ……………… 刘 自力, 刘宏伟, 李 茹 . H , O双元体 系支链爆炸的特性与防爆安全指标……… …………. C . 陆美丽, 胡耀元, 马 静萌, 蒋永福 滴状冷 凝中液滴的脉 动规律及分形分布 模型中相 邻两代液滴半径 比参数 兰 忠, 马学虎, 周 兴 东 , 宋 天 一 利用乙酰丙酸合成双酚酸的工艺研 究…………………………………… …… … 常 春, 岑沛霖, 马晓建 云芝菌发酵产漆酶及其对 靛蓝脱色的研 究……………………………… …… … 高恩丽, 张 树 江 , 夏黎 明 单步溶胀聚合法制备单分散分子 印迹聚合物微 球 ……………………………… 郑 细鸣, 涂伟 萍 近临界水 中薯蓣皂苷水解 生成薯蓣皂苷元的工艺研 究……… …………………….朱 宪. 王振 武. 郭 晓 亚 . 聚硅氧烷改性聚氨酯显色基 团的结构 、机理与表征 ………………… 朱春风, 李 伯 耿, 姚 明. 孙小 英 l : ∞ l l ¨ l 金属 酞菁配合物的合成及其 三阶非线性 M 加 ● 9 光学性能研 究 耜 "躬 眩 踮 夏 雪伟, 徐庆锋, 路建 美, 姚社春, 王丽华, 陈 飞 朱 秀林 2 乙烯基吡啶. . 甲基丙烯酸 甲酯两嵌段共聚物的合成与表征 …………………… 蔡庆 华, 孙建 中 周 其 云 工 酪氨酸的消旋研 究……………… …… ………………………………………… 王家荣, 何 俭 彭 阳峰 . POY 2 3 b . bO 催化苯酚与碳酸 二甲酯的酯交换反应………………………………. 言 浩. 胡 望 明 沈律 明 ( 腈基 十 一 酸 的分 离提 纯工 艺研 究… …… … … …… … … … … … … … … … … … 0 . 李 林, 吴 明 徐伟 箭 张 治 国 尹 红 添加剂的浓度对非离子表 面活性剂 A O 浊点的影响 …………………………. E。 载金属离子 的 lX分 子筛吸附噻吩的动态特性 ………………………………… 居沈 贵, 闰武敏 曾勇平 3 立体传 质塔板相对液体提升量的计算………… ………… …………… 刘继东, 李 春 利 , 王志英 张凤 宝 钛 改性硅胶块体吸附剂除湿性能研 究…… …… …… …………………………… 玉 堂. 易 立群 高学 农 方 纳米镍在陶瓷膜表 面的吸附行为研 究……………… …… …… ………严 芳, 仲兆祥, 邢 卫 红 徐 南平 丙烯醛水合催 化剂 Bl l失活机 理及 提高其稳定性 的研 究 O 周柳茵, 蒋淇 忠, 张 春 雷。 宁 春利 。 邵敬 铭 相分离辅助方法对 有机硅表面活性剂浊点萃取 P Hs A 的影响……… 胡 琼. 姚炳佳. 叶 望. 杨 立 S C制备 E A和 DH 乙酯过程 中上载量和流速的影响一 韩一松。 任 其龙, 杨亦文, 张 海, 吴 平 东 F P A 苦 豆子生物碱单体 的分 离纯化工艺研究……………………… ……… ………… 王洪新, 马 朝阳, 陶 冠 军 基于 C r l 流量计和 S 的油水 两相流质量流量测量的研究 ….马龙博, 张宏建, 周 洪亮, 贺 庆 oi i os VM 手性选择性阳离子交换膜 的制备及其评价 …………………………… 付 春江. 王 军, 余 立新. 朱慎 林 共聚改性聚丙烯腈微孔膜制备和分离性能的研究………………….尉丽赞. 赵 强, 钱锦 文。 安全福 . 亚砜基改性纤维素膜的 s 2 0 气体渗透性能研究. . 刘振峰, 介兴明, 金培涛, 杨林松. 曹义鸣, 袁 权 添加剂 P P E V 、P G对 P DFP PP G / MA 铸膜液扩散性质 的影响 ………. 晓 天. 许 振 良. 魏 永明 V /V (E ) D c 杨
【国家自然科学基金】_手性选择性_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803

环加成反应 烯醇还原酶 烯丙基胺 烯丙基化 热稳定性 激活c=c键 潜手性酮 沙美特罗 氨基酸席夫碱 植物 格氏试剂 有机相 有机小分子催化剂 有机催化 普萘洛尔外消旋体 拟除虫菊酯 拆分 手性金属卟啉 手性选择性 手性药物 手性有机催化剂 手性双膦配体 手性化合物 手性助剂 手性分离 手性农药 手性催化剂 手性乳液 手性中闻体 手性α -氨基酸酯 应用 巴豆酸酐 层出镰孢菌ecu2002 局限性 对映体选择性 对映体收敛转化 对映体分析方法 对映体 安全性评价 多级电渗析 多相手性催化 固定化细胞 呋喃类化合物 吸收 含氮配体 发展策略 反式dv菊酸 双嘑唑啉 厚体液膜 单膦不对称氢化 协同活化效应 动态动力学拆分 分离 内酯酶
科研热词 不对称合成 手性识别 手性拆分 铱 对映体 合成 催化剂 自由基聚合 脂肪酶 立构规整性 稀土盐 离子液体 生物碱 烯烃 拟除虫菊酯 手性合成 手性化合物 平面手性 固定化脂肪酶 哌啶 光学活性聚合物 代谢 不对称氢化 β -氨基醇 deoxoprosophylline 麦芽糖结合蛋白 高效液相色谱 高分子网络 高分子催化剂 马拉硫磷 饱和酮 顺反异构选择性 靶标生物 非靶标生物 非对映立体选择性 非对映异构选择性 铱络合物 铱催化 铂催化剂 钛络合物 金鸡纳碱 酒石酸酯 酒石酸衍生物 配位聚合物 选择性转移氢化 选择性反射 还原锂化 辛可尼定 辅酶再生 路易斯酸 负载型催化剂 识别性能
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
用手性选择性阳离子换膜分离DL-苯甘氨酸

关键词: 手性选择性; 阳离 子交换膜; 电 渗析; 拆分; 苯甘氛酸 中图分类号: TQ460 T心 28.8 ; 旧 文献标识码: A 手性药物有广阔的市场前景.很多单一手性药 物的获得依靠的是不对称合成法和拆分法, 最为广 泛应用的 拆分法有色谱法、 结晶法、 化学拆分法等. 目 前膜过程已 成为工业上气体分离、 水溶液分离、 化 学产品和生化产品的分离和纯化的重要过程, 也为
系 定其性能, 如图1所示.膜面积4 cn1 统测 原理 9 2,
厉斗 咪 侧的D乙一 苯甘氨酸溶解在盐酸溶液中, = pH
收稿 日 2 06一 一 修改稿收到日 2006一 17 期: 0 06 27; 期: 7一 基金项 目: 国 家自 科学基金资 项目 然 助 (20376 39) ; 国 973” 0 家“ 资助项目 o 3CE 15701) (Z 石 作者简介: 王晶 石(198 一 , 河北人, 1 ) 女, 硕士研究生. ,通讯 人<y l i @t in hu .e u.c ) 联系 u i n s g a d n x
过阳离子交换膜, 选择系数在 1. 0 左右, 5 并且基本 不随原料的改变而改变, 1 所示. 如表 表 1 分离系 数与原料中 氨基酸比 例(D/ ) 的关系 L
Table 1 Re a io shiP 阮w lt n n e e s Paratl f to n c o a r
时间尔lin
d . 二
王晶石, 彭 勇, 余立新‘
(清华大学 化学工程系, 北京 100084)
摘 要: 以 烯醇为 聚乙 基材, 加入p 环糊精作为手性选择剂, 加入聚丙 烯酸促进离 子传递, 制
得具有手性选择性的阳离 子交换膜. 通过电渗析过程分离D乙 苯甘氨酸. 改变原料中D 一苯 一 甘氨酸与 L 一 苯甘氛酸的比例, 一级电 渗析实 验结果表明均为 D 一 苯甘氛酸优先通过手性阳 膜, 分离系 1.0 , 数 5 且基本不随原料组成变 二级电 化. 渗析可以 把过程的分离系 数提高到 1.1 0
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B i g10 8 , hn) e i 0 0 4C ia j n A s at C i lsl t ect nec ag e bae r pe ae y b n igp l vn l l h 1 s bt c: h a e ci ao — h n em m r s r r e v i x n wee rprd b l dn oy(i c o)a e y ao
(tt yL b rtr f h mia E gn eig De at n f e cl n ie r g T ig u iesy SaeKe a o aoyo e c n ie r , p rme t mia E gn ei , s h aUnv ri , C l n o Ch n n t
文章编 号:10 -0 52 0 )20 0—5 0 39 1(0 70 ・2 60
手性选择性阳离子交换膜 的制备及其评价
付春 江, 王 军, 余立新, 朱慎林
( 清华 大学 化 工 系 化 学工程 国家重点 实验 室, 北京 108) 004
摘 要 :以聚 乙烯醇(V 为基 材,加入 p环糊精(.yldxr ,3C 作为手性选择剂 ,加入聚丙烯酸(A 促进离 P A) 1c co etn -D) 3 i P A)
t kn s f c ia s lc ie ai n e c a g e b a e e . n d .4 e p ciey.A s o wo id o hr l e e t c to — x h v n em m r n s a 121 r a 13 ,r s e t l v c mpaio r s n,
c ia ee t ai n e c a g m e b a e .Re u t s o t a . 一 y r x p e y gycne i r f rn i l h r s lci c to - x h l ve n e m r s n s ls h w h t D 4 h d o y h n l l i s p ee e ta y l
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第 2 卷 第 2期 1 20 年 4 月 07
高 校
化
学
工 程
学 报
No2 、0 . . ,1 2l
Ap . 2 0 r 07
J un l fCh mia gn e igபைடு நூலகம் n s ieste o r a e c l o En ie rn fChieeUnv riis
Pr pa a i n a a ua i n o r lS l c i eCa i n— e r to nd Ev l to fChia e e tv to Exc ng e br ne ha eM m a s
F hn i g WA G Jn Y i i Z U S e—n UC u -a , jn N , U L— n H h nl u x, i
m m r eC 为分离介质时的 电渗析实验,结果进 一步验 证了该膜的手性选择性来源 于 p 糊精。 e ba , M) n 环
关键词 :手性选择性 :阳离子交换膜:B 环糊精l聚丙烯 酸;对羟基苯甘氨酸 ;电渗析
中图分类号 :06 82 ;T 4 52 6 4 .2 Q 2 .3 文献标 识码 :A
b i ae il 3c cod xrn a hr ls lco d poy c l cd a o —xc a g ae i1 s a cm t ra, -y l e ti c ia ee t ra la r i a i i n e h s n y c s n e m tra.Elcr di y i e to a ss l
ta s o t d t r u h t e c ia e e tv ai n e c a g mb a e n a i cme i m. e s lc ie fco so r p re h o g h h r s lci e c to — x h n l n e me r si cdi d u Th ee t a tr f n v
子传递,制得具有手性选择性 的阳离子交 换膜(hrleet ect ne ca g mba eCS M) c i l i ai .xh n e as c v o me r , C 。通过 电渗析 过程拆分 n
D. L 对羟基苯甘氨酸( L4h do y h n l y i , LH G  ̄ 消旋混合物 以评价该膜的手性拆分效果。结果表 明在酸性 D -. rx p e y l n D - P )F y gce 条件下 D 对羟基 苯甘氨酸优先通过手性 阳离子交换膜 ,两种手性阳离子交换膜的选择性系数分别为 l l 1 4 . _ 和 . ,验 2 3 证 了该膜 的手性拆分效 果。作为对 比实验,还进行 了料液 中添加与不添加 p环糊 精,并 以普通 阳膜( t n xh g c i - ca e ao e n
p o e s f rt e s p ai n o r c s o h e a to fD _ 一 y r x p e y g y ie r c mi x u e wa are u o e au t h s r 4 h d o y h n l l cn a e c mi tr s c r id o tt v l ae t e e
ee to il ss e pei n s usn c n e to a c to —xc a g me r e wi o wi o t d i g l cr d ay i x rme t ig o v n i n l ai n e h n e mb a s n t h r t u a d n h