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随着人类社会科技的进步,人们在生产和日常生活中对金属钴的需求越来越大。钴被广泛应用于制作高硬度耐磨合金、高温合金、颜料、医疗及电池等领域,所以,工业生产急需一种高效环保且经济效益高的纯钴制取方法。传统钴电沉积工艺中,阳极产生氯气,对环境和工人的健康造成影响,同时,阴极发生析氢反应,降低了电流效率。离子交换膜是一种功能性分离膜,对特定的离子有特定的选择性,并且导电性良好、稳定性高且属于平面结构,非常适合用于钴电沉积工艺生产钴。本论文就是在传统钴电沉积工艺的基础上对其进行改进,在其中加入离子交换膜,防止阳极处产生氯气及阴极处发生析氢反应。对离子交换膜的理化性能进行了研究,分别测定其厚度、溶胀度、含水率、离子交换容量、离子透过速率、膜电阻及膜电位等性质,通过对比分析这些性能选择合适的改性方法,并对其进行改性。离子交换膜的改性方法为紫外光辐照接枝苯磺酸甜菜碱(SBMA),经一系列单因素实验得到的最佳改性条件为:甲醇作为SBMA单体溶剂,曝光时间为120 s,SBMA单体浓度为阳离子交换膜60 g/L,阴离子交换膜80 g/L,曝光强度为阳离子交换膜12 m W/cm2,阴离子交换膜10 m W/cm2。经改性后,阳离子交换膜和阴离子交换膜的接触角分别下降了23°和20°,表明其亲水性提高,并且膜电阻也有所降低。并且,经改性后,两种离子交换膜的含水率和溶胀度提高,这是由于接枝SBMA亲水性基团含水率上升所致;离子交换容量提高,说明接枝SBMA是成功的;阴离子交换膜对氢离子的阻隔性提高,阳离子交换膜对氯离子的阻隔性提高;膜电阻降低,并且两种离子交换膜在不同溶液中的过电位有所下降,并且保持稳定。将两种改性后的离子交换膜加入到钴电沉积工艺中进行实验,得到的钴电沉积工艺的最佳工艺条件为为温度50℃,电流密度为250 A/m2,Co浓度为30g/L,搅拌速度为400 rpm。在优化条件下电沉积2 h,电流效率为98.93%,能耗为35.41 k Wh/t。在最佳工艺条件下,使用改性离子交换膜进行实验,钴电沉积的电流效率由98.93%提高到99.17%,能耗由35.41 k Wh/t下降到33.25k Wh/t。建立了离子透过离子交换膜的模型,并使用循环伏安法对其进行分析,得出的结论为:电位窗口的正侧端点由离子交换膜所传递的阳离子决定,负侧端点由所传递的阴离子决定。并且阳离子越难通过离子交换膜,电位窗口的正端越向正侧偏移;阴离子越难通过离子交换膜,电位窗口的负端越相负侧偏移。