离子交换膜国内外研究现状和发展趋势(2)
时间:2018-04-04 09:55 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
2 双电层及Ｄｏｎｎａｎ理论 双电层理论 Sollner在1949年提出了解释离子交换膜的双电层理论，以阳离子交换膜为例，当离子交换膜浸入到电解质溶液中，膜中的活性基团在溶剂中水的作用下发生解离而产生反离子，反离子进入水溶液中，膜上活性基团在电离后仍然带有电荷，以致在膜表面固定基团附近，电解质溶液中带有相反电荷（可交换）的离子形成双电层。 一般条件下离子交换膜上的固定基团能构成足够强烈的负电场，使膜外溶液中带正荷的离子极易迁移靠近并进入膜孔隙，而排斥带负电荷的离子。如果膜上的活性基团较少，则静电吸引力也随之减小，对同电荷离子排斥作用也减小，降低了阳离子交换膜对阳离子的选择透过性；如果膜外溶液浓度非常大，则扩散双电层的厚度就会变薄，一部分带负电荷的离子靠近阳离子交换膜的机会增大并导致非选择性透过阳离子交换膜；而对阴离子交换膜的情况恰好是相反的。由此可得以下电渗析的规律： （1） 异电荷相吸； （2） 膜中固定离子越多，那么吸引力越强，选择性越好； （3） 在电场作用下，溶液中的阳离子作定向连续迁移且通过带负电的阳膜。 Ｄｏｎｎａｎ理论 Donnan膜平衡理论认为，当离子交换膜浸入到电解质溶液中时，电解质溶液中的离子与膜内离子发生了交换作用，所以最后达到平衡，构成平衡体系[30]。溶液中与膜内固定离子符号相反的反离子更容易进入膜内，而同性离子则不容易进入膜内，所以离子交换膜对反离子具有选择性透过能力[15]。 3 离子液体 早在1914年就发现了第一个离子液体硝基乙胺，但在其后此领域的研究进展缓慢，直到1992年，Wikes领导的研究团队合成了低熔点、抗水解、稳定性较强的1一乙基一3一甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体(EMimBF )后，关于离子液体的研究才得以迅速发展，并且随后开发出了一系列的离子液体体系。离子液体是经典新颖的溶剂，而且具有很多有用的性质。近年来，离子液体已经吸引了大批的科学家和工程师的关注，大量关于离子液体的文章陆续出版。它们具有很多的物理和化学性质：几乎被可以忽略的蒸汽压，对有机物的很强溶解能力，以及无机物特征(具有聚合物的结构及较高的热稳定性)。与有机溶剂相比，离子液体获得了“绿色”溶剂的称呼，而且被广泛地应用于催化化学、有机反应、电化学和分离过程[9]。 在电化学分析中，Ｂｕｚｚｅｏ等研究了用室温离子液体来设计气体传感器。他们设计了一种新的含游离膜电极并且用一薄层室温离子液体对此电极进行改性。当用离子液体做电解液时，不需要膜及添加辅助的电解液。在更加具粘性的媒介中，分析物因为其更低的扩散而有更低的响应时间。此外，这类传感器在更加苛刻的操作条件下如高温高压下以及传统溶剂挥发等地方都有很大的应用潜力。Ｌｅｅ等使用具有不同分子量的聚丙二醇－嵌－乙二醇－嵌－丙二醇－双（２－氨丙基酯）为母体制备含锂的甲基磺酰基离子液体，并且检测其用于乙醇传感器的可行性[39]。 近年来，自从Quinn等人的第一份报告以来，关于在水相与室温离子液体形成的电子转移的研究得到了越来越多的关注。特别是Kakiuchi团队在2003年的开拓性工作使其团队非常活跃，他们第一份关于液液界面（W|RTIL）的离子转移的文章最近已发表。在水相与离子液体所形成的的液液界面产生的离子转移是一种特殊的在梁互不相溶电解质溶液所形成的液液界面的离子转移，它使在固液界面不易被氧化或者还原的电子可以在液液界面研究，检测。一般实验用水相和有机相形成界面，通常是1,2-二氯乙烷和硝基苯。至今为止的大部分关于水相与离子液体形成的液液界面的研究着重于室温下疏水性很强的盐和在最近报告提到在25℃为液体的离子液体。目前为止已发表的研究来看，各种尺寸的简单液液界面研究已经开始。室温离子液体也已经被用于固体聚偏氯乙烯膜分开两相所形成的液液界面的研究[11]。 (责任编辑：qin) |