陽(yáng)離子交換膜

陽(yáng)離子交換膜離子具有選擇透過(guò)性的高分子材料制成的薄膜01簡(jiǎn)介發(fā)展歷史表面改性分析制備方法改性方法目錄03050204基本信息離子交換膜是對(duì)離子具有選擇透過(guò)性的高分子材料制成的薄膜，陽(yáng)離子膜通常是磺酸型的，帶有固定基團(tuán)和可解離的離子。簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介陽(yáng)離子交換膜分析陽(yáng)離子交換膜是對(duì)陽(yáng)離子有選擇作用的膜，通常是磺酸型的，帶有固定基團(tuán)和可解離的離子，如鈉型磺酸型固定基團(tuán)是磺酸根，解離離子是鈉離子。陽(yáng)離子交換膜可以看作是一種高分子電解質(zhì)，由于陽(yáng)膜帶負(fù)電荷，雖然原來(lái)的解離正離子受水分子作用解離到水中，但在膜外通電通過(guò)電場(chǎng)作用，帶有正電荷的陽(yáng)離子就可以通過(guò)陽(yáng)膜，而陰離子因?yàn)橥耘懦舛荒芡ㄟ^(guò)，所以具有選擇透過(guò)性。制備方法制備方法陽(yáng)離子交換膜的制備一般采用兩種方法：第一是膜本體的修飾，主要是通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)(特別是交聯(lián)度)制造一個(gè)合適的單極膜，在與酸和金屬二價(jià)鹽混合溶液接觸時(shí)，質(zhì)子的通量高于金屬離子的通量；第二是膜表面處理，包括增加膜表面致密性和在陽(yáng)膜的表面上沉積一薄的陰離子交換層，產(chǎn)生正電荷，因此產(chǎn)生一個(gè)電斥力屏障限制其他價(jià)態(tài)陽(yáng)離子相對(duì)的滲透。如略增加交聯(lián)劑，二價(jià)離子相對(duì)于一價(jià)離子的選擇性降低。

發(fā)展歷史發(fā)展歷史由于電滲析濃海水制鹽的需要，日本在1960年研制成功一價(jià)選擇性離子交換膜，并且同年旭化成公司成功將膜技術(shù)引入制鹽工業(yè)。1961年，Walton和Jordan開(kāi)始投身于二價(jià)離子在陽(yáng)離子交換膜存在下的交換平衡的探索，使得離子在膜表面的遷移和平衡理論有了實(shí)際參考。Sata在1976年嘗試用聚乙烯亞胺改性離子交換膜，并成功地實(shí)現(xiàn)了離子交換膜的單價(jià)選擇。1979年，Sata又用浸漬法對(duì)膜進(jìn)行表面改性處理。1989年，Sata提出用氯磺酸將膜表面磺化，再胺化，這樣在膜表面形成一層磺胺鍵功能基團(tuán)。這種方法是以化學(xué)鍵的形式將改性物質(zhì)接枝到膜表面，從而避免了改性物質(zhì)從膜表面脫落，延長(zhǎng)了膜的使用壽命。Takata等再對(duì)這個(gè)方法做了一些改進(jìn)，用氯化亞砜將磺酸根轉(zhuǎn)化成磺酰氯，再胺化形成磺酰胺。同年，Sata等用聚吡咯和陽(yáng)離子膜制備復(fù)合膜。受此啟發(fā)，在2006年，Gohil將聚吡咯用于膜改性，成功地制備出單價(jià)選擇性膜.2002年Amara用聚乙烯亞胺為改性物質(zhì)，分別用浸漬法和電沉積法對(duì)兩種方法進(jìn)行比較，得出在低濃度下用浸漬法改性的膜，其選擇性能更優(yōu)越，而在高濃度情況下，電沉積法改性的膜分離效率更高。2005年Chamoulaud用異戊酰胺作為胺化試劑，胺化形成磺酰胺，將Zn2+離子的通過(guò)率降低了20倍。我國(guó)是從1958年著手嘗試研究離子交換膜的，盡管相對(duì)日本和歐美國(guó)家起步較晚，但是同樣取得了一定的進(jìn)展。我國(guó)在1977年實(shí)現(xiàn)將電滲析技術(shù)應(yīng)用于制鹽工業(yè)。1981年，仉琦等人采用價(jià)格低廉、毒性小的有機(jī)胺為處理劑，將其應(yīng)用于電滲析脫鹽，發(fā)現(xiàn)膜的選擇透過(guò)性顯著增加.雖然國(guó)內(nèi)尚無(wú)一、二價(jià)選擇性離子交換膜的規(guī)?；a(chǎn)，但是這種具有特殊性能的離子交換膜已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)學(xué)者們的充分重視，并且在理論上取得了一些突破。改性方法表面改性摻雜改性改性方法摻雜改性摻雜改性是借助添加劑的某些特定優(yōu)勢(shì)來(lái)提高膜的選擇透過(guò)性。盡管聚電解質(zhì)會(huì)堵塞膜孔道，但是具有更大水合半徑的離子能通過(guò)膜，這也表明斥力的不同會(huì)對(duì)離子的遷移產(chǎn)生顯著的影響。用聚醚醚酮、聚醚砜等制備的復(fù)合膜具有較低的電阻和良好的單價(jià)選擇性能。以聚苯胺為功能材料制得改性有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合膜，并將其應(yīng)用于單價(jià)離子選擇性分離體系。結(jié)果表明，混合膜對(duì)Na+遷移的影響并不明顯，但對(duì)離子的截留率大大提高。用化學(xué)法聚合苯胺制備的復(fù)合膜，考察了時(shí)間對(duì)離子交換容量和選擇性的影響，得出在長(zhǎng)時(shí)間聚合條件下，聚苯胺會(huì)發(fā)生降解，只有在膜表面的改性層足夠薄和表面足夠平的情況下，分離效率才會(huì)提高。表面改性表面改性是指對(duì)離子交換膜進(jìn)行粒子轟擊或者輻射等方法使膜的表面形成一層改性層或增加膜表面的作用基團(tuán)來(lái)提高膜的選擇透過(guò)性。近年來(lái)，膜表面改性包括：電沉積表面改性、光化學(xué)反應(yīng)法表面改性、浸漬法表面改性。這些方法都是在已有的基膜的基礎(chǔ)上，對(duì)膜表面的物理一化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行修飾。

表面改性分析表面改性分析等離子體涂層表面改性借助等離子體技術(shù)對(duì)膜進(jìn)行改性，常用的改性材料為金屬納米顆粒，因?yàn)槠溆兄鴥?yōu)越的電學(xué)、吸附及穩(wěn)定性能。納米金屬顆粒涂層可以提高膜表面的電荷密度，減少或縮小膜表面及內(nèi)部的孔隙，進(jìn)而提高膜電位及離子選擇透過(guò)性，降低膜電阻。過(guò)厚的粒子涂層對(duì)改善膜的性能會(huì)起到相反的作用，因?yàn)檫^(guò)多的納米顆粒會(huì)堵塞離子遷移的通道，且會(huì)把膜表面及內(nèi)部的離子交換基團(tuán)包圍起來(lái)，從而阻礙離子的交換及遷移。等借助等離子技術(shù)用納米銀粒子對(duì)聚氯乙烯/苯乙烯-丁二烯橡膠陽(yáng)離子交換膜進(jìn)行了改性。除了常用的金屬納米顆粒，我們也可用有機(jī)物質(zhì)借助等離子技術(shù)對(duì)膜進(jìn)行改性。通過(guò)對(duì)單體流速、功率等參數(shù)的調(diào)節(jié)對(duì)沉積速率進(jìn)行控制，使在膜表面沉積了一層含有一定吡啶環(huán)類物質(zhì)的超薄陰離子交換層。改性后的膜具有更好的高價(jià)陽(yáng)離子選擇透過(guò)性。射線輻射表面改性借助射線輻射，可以提高膜表面固定活性基團(tuán)濃度，減少基質(zhì)內(nèi)部自由空間，從而提高膜對(duì)離子的選擇透過(guò)性，但輻射改性卻會(huì)使膜的導(dǎo)電