离子交换膜国内外研究现状和发展趋势
时间:2018-04-04 09:55 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 1949年，Ｊｕｄａ发明了离子交换膜，并于1950年成功研制了第一张具有商业用途的离子交换膜。从此，离子交换膜开始成为一个新的技术领域，受到日本及欧美等发达国的充分重视。五十余年来，对离子交换膜合成做过了很多改进，使其从无到有，从初期性能差的非均相离子交换膜发展到适合于工业生产、性能较好的均相离子交换膜，从单一电渗析水处理用膜到扩散渗析用膜、离子选择透过性膜和抗污染专用膜。目前国外对离子交换膜的发展主要在重视材料和它的应用机理，从最初的由苯乙烯．二乙烯苯的聚合物外，扩展到由异戊乙烯．苯乙烯嵌断共聚物，苯乙烯一丁二烯共聚物及含氟聚合物，以及聚醚砜、聚砜、聚苯醚等聚合物。应用方面除了通常的电渗析外，还应用到电解、渗透蒸发、质子燃料电池和其他高新技术领域。在这些方面日本的旭硝子（Ｓｅｌｅｍｉｏｎ）、德山曹达（Ｎｅｏｓｅｐｔａ）及旭化成（Ａｃｉｐｌｅｘ）及美国的ＡＭＦ机铸公司（Ａｍｆｉｏｎ）、ｌｏｒｒｉｅｓ公司（Ｎｅｐｔｏｎ）、Ｄｕｐｏｍ（Ｎａｆｉｏｎ）最具有代表性[7]。20564 离子交换膜按用途可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、双极性离子交换膜、两性离子交换膜和镶嵌离子交换膜等五类。最近几年来, 离子交换膜制备方法在原来的基础上已有长足的改进。有文献报道, 通过光辐射嫁接法将可聚单体嫁接到普通的膜上, 再引入离子交换基团可制得一种电化学性能优良的离子交换膜。也曾有文献报道过, 先把离子交换基团引到一种含大量芳环的高聚物( 如聚砜) 中, 然后通过脱落及相转变而制得一种具有个向异性的离子交换膜[8]。此外, 等离子体表面处理技术在最近几年来也被广泛用于制备各种具有优越性能的离子交换膜。 最初的阴、阳离子交换膜都是非均相的，即由阴、阳离子交换树脂分别与黏合剂聚乙烯及异丁橡胶混炼并和增强网布一起压制而成的。在膜的微观结构中，惰性的黏合剂和活性的离子交换树脂粉呈两相状态，所以称为非均相离子交换膜。论文网 后来，美国和日本又相继发展出了均相离子交换膜及其制备方法。均相离子交换膜具有电化学性能优异的特点，在各个应用领域中逐渐取代了非均相离子交换膜。离子交换膜中的交换基团比较稳定, 膜能耐化学腐蚀和对物质透过有高度的选择性, 这决定了它在电化学反应分离工程中能被广泛地应用。 离子交换膜可分为均相离子交换膜和非均相离子交换膜两类，它们可以采用高分子的加工成型方法制造。 1）均相膜：先用高分子材料如丁苯橡胶、聚四氟乙烯、纤文素衍生物、聚三氟氯乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯等制成膜，然后再引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，并在膜内聚合成高分子，再通过化学反应，引入所需功能基团。均相膜也可以通过单体如甲醛、苯酚磺酸、苯酚等直接聚合得到。 2）非均相膜：用粒度为200～400目的离子交换树脂及寻常成膜性高分子材料，如聚乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、氟橡胶等材料充分混合后加工成膜。 作为一个单元过程，离子交换膜的分离技术效率主要是由体系的离子交换膜性能决定的。其主要性能包括：有较好的离子选择透过性、较高的离子交换容量、低的溶胀度、较高的机械强度及良好的化学稳定性。离子交换膜的耐酸耐碱性能和耐温性能也是工业领域开展研究的主要目标。目前来说国外对离子交换膜的研究较多，一方面是对离子交换膜性能进行改进，另一方面是研究具有专门用途的离子交换膜。美国杜邦公司研制的Nation系列膜与H本旭硝子公司研制的Flemion系列膜及日本旭化成公司开发的ACIPLEX F系列膜具有耐强碱、低电耗等的特点。双极膜也是科学家研究的焦点。双极膜是在外加电场作用下能将水直接解离成H 和OH 的膜，它是由阳膜和阴膜及中间界面亲水层组成。一些公司相继制成性能优良的双极膜，水离解电压在1．1～ 1．7伏之间，水离解效率达到95％ ～99％。我国可用的离子膜品种类单一，在国外基本上已经被淘汰了的电化性能很差的非均相膜在我国仍然占90％ 以上；已开发的性能较好的均相膜，由于其性能不稳定，不能大规模地进行生产。目前国内所需绝大多数均相膜、电解膜等仍然依赖于进口，大部分具有特种性能的膜如特种离子选择透过性膜、双极膜等多处于实验室研究阶段，研究工作比较薄弱。由于我国的制膜技术还无法满足工业需要，严重阻碍了我国离子交换膜技术的应用，所以有必要加强研究、引进、消化和改造相结合，采用新技开发新品种，改善膜性能[13]。 (责任编辑：qin) |