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异相阳离子交换膜的改进制备及性能研究

作　者: 金燕
导　师: 雷引林
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 异相阳离子交换膜 改性 膜性能 S-SEBS 两亲性离子交换聚合物
分类号: TQ425.236
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 51次
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内容摘要


本文首先以氢化聚苯乙烯-乙烯丁烯无规共聚物-聚苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)为起始原料,以乙酰硫酸作为磺化剂,制备磺酸型两亲性离子交换聚合物S-SEBS,研究SEBS的磺化过程。然后通过在离子交换树脂粉和粘结聚合物骨架之间增加不同比例和不同离子交换容量(IEC)的S-SEBS,制备了3种异相阳离子交换膜,比较了S-SEBS对异相阳离子交换膜性能(离子交换容量、含水率、面电阻、迁移数、浓差盐扩散系数、浓差水渗透系数、膜压水扩散系数及爆破强度等)的影响；还探索了热水处理对异相阳离子交换膜性能的影响。红外谱图显示,聚苯乙烯含量为42%的SEBS(简称42%-SEBS)与聚苯乙烯含量为67%的SEBS(简称67%-SEBS)的磺化产物均在波长为1040cm-1、1100cm-1、1230cm-1和1310cm-1处出现吸收峰,并随着离子交换容量的增加,吸收峰明显尖化。对于42%-SEBS,其磺化反应的最佳反应温度为40℃,而对于67%-SEBS则为50℃。磺化反应随时间的变化规律表明,在前5h内,SEBS的磺化速率持续增大,之后达到平衡。膜性能测试表明,在异相阳离子交换膜中加入S-SEBS,其膜面电阻降低,当S-SEBS的含量为20%,膜面电阻最高降低达2Ω·cm2。随着S-SEBS的含量与离子交换容量的增加,膜的含水率增加、浓差盐扩散系数与浓差水渗透系数升高,迁移数与膜压水扩散系数下降,但爆破强度保持不变。异相阳离子交换膜经过热水处理后,S-SEBS改性的离子膜脱粉程度明显减轻,这说明在离子交换树脂粉和粘结聚合物骨架之间增加了在水溶液中可适度溶胀的两亲性离子交换聚合物夹层S-SEBS,能够使粘结剂聚合物网络与离子交换树脂粉之间的结合更加牢固,消除现有异相阳离子交换膜在使用过程中的“空穴”和“脱粉”缺陷,降低膜电阻,提供了一种能够提高异相阳离子交换膜性能的制备方法。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第一章 文献综述  11-31
  1.1 离子交换膜概述  11-17
    1.1.1 离子交换膜的分类  11-12
    1.1.2 离子交换膜的功能与作用机理  12-14
    1.1.3 离子交换膜的发展概况  14-16
    1.1.4 离子交换膜的应用  16-17
  1.2 异相离子交换膜的相关介绍  17-26
    1.2.1 异相离子交换膜的组成与制备  17-19
    1.2.2 异相离子交换膜的主要性能表征  19-25
    1.2.3 异相离子交换膜的存在问题与不足  25-26
  1.3 线性聚苯乙烯类聚合物的磺化方法  26-27
  1.4 选题意义与创新之处  27-29
  1.5 研究思路与研究目标  29-31
    1.5.1 研究思路  29-30
    1.5.2 研究目标  30-31
第二章 SEBS的磺化及相关性能表征  31-45
  2.1 实验材料与仪器  31-32
    2.1.1 实验材料  31
    2.1.2 仪器设备  31-32
  2.2 实验方法  32-33
    2.2.1 磺化剂的配制  32
    2.2.2 SEBS的磺化  32
    2.2.3 产物的提纯  32-33
    2.2.4 S-SEBS离子交换容量的测定  33
    2.2.5 其他测试条件  33
  2.3 结果与讨论  33-44
    2.3.1 红外光谱分析  33-35
    2.3.2 热失重分析  35-38
    2.3.3 温度对磺化程度的影响  38-39
    2.3.4 磺化剂配比对磺化程度的影响  39-42
    2.3.5 反应时间对磺化程度的影响  42-43
    2.3.6 SEBS的完全磺化  43-44
  2.4 本章小结  44-45
第三章 异相阳离子交换膜的制备与表征  45-65
  3.1 实验材料与仪器  45-46
    3.1.1 实验材料  45-46
    3.1.2 仪器设备  46
  3.2 实验方法  46-55
    3.2.1 阳离子交换树脂的制备  46
    3.2.2 离子交换复合粉的制备  46
    3.2.3 异相阳离子交换膜的制备  46-48
    3.2.4 异相阳离子交换膜的性能表征  48-55
  3.3 结果与讨论  55-63
    3.3.1 S-SEBS对膜的离子交换容量的影响  55-56
    3.3.2 S-SEBS对膜含水率的影响  56-58
    3.3.3 S-SEBS对膜面电阻的影响  58-59
    3.3.4 S-SEBS对膜迁移数的影响  59-60
    3.3.5 S-SEBS对膜浓差盐扩散系数与膜浓差水渗透系数的影响  60-62
    3.3.6 S-SEBS对膜压水扩散系数的影响  62-63
    3.3.7 S-SEBS对膜爆破强度的影响  63
  3.4 本章小结  63-65
第四章 热处理对异相阳离子交换膜的影响  65-75
  4.1 实验材料与仪器  65
    4.1.1 实验材料  65
    4.1.2 仪器设备  65
  4.2 实验方法  65-66
    4.2.1 异相阳离子交换膜的热处理  65-66
    4.2.2 热处理后的异相阳离子交换膜的性能表征  66
  4.3 结果与讨论  66-74
    4.3.1 热处理对膜离子交换容量的影响  66-67
    4.3.2 热处理对膜含水率的影响  67-68
    4.3.3 热处理对膜面电阻的影响  68-69
    4.3.4 热处理对膜迁移数的影响  69-70
    4.3.5 热处理对膜浓差盐扩散系数与膜浓差水渗透系数的影响  70-72
    4.3.6 热处理对膜压水扩散系数的影响  72-73
    4.3.7 热处理对膜爆破强度的影响  73-74
  4.4 本章小结  74-75
第五章 结论与展望  75-78
  5.1 结论  75-76
  5.2 展望  76-78
参考文献  78-83
致谢  83-85
作者简历  85

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