PVDF/PI阳离子交换膜的制备及其脱盐性能研究

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化工生产中经常会产生大量的高盐度废水且成分复杂,除了接近饱和的盐(氯化钠)以外,还会有一些有机杂质、水溶性的反应物、产物和副产物等。高盐度废水的处理一直是化工、环保领域的难点。采用低能耗且设备要求不高的方法进行高盐度废水的处理在化工、环保方面具有非常重要的意义。随着膜分离技术的发展,使用电渗析技术处理含盐废水受到广泛关注。电渗析技术的核心是离子交换膜,因此研究出一种离子交换容量大、机械性能好、膜面电阻小、抗污染的离子交换膜成为了国内外研究的热点。本课题将聚偏氟乙烯(PVDF)与聚酰亚胺(PI)共混,通过浸没沉淀相转化的方法制备平板膜,并采用4,4’-二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸(DASD)进行表面修饰,以化学键的方式将磺酸基团引入膜高分子骨架,制备出具有增强离子选择透过性的均相阳离子交换复合膜。为探究出最优制膜条件,全面探究了DASD-TEA溶液的浸泡时间、浸泡温度、浸泡浓度,铸膜液中的PI、PVDF浓度以及制膜厚度对离子交换膜脱盐性能的影响。从而得出最优制膜条件为:19.0 wt%PVDF,1.0 wt%PI,浸泡时间为10 min,浸泡温度为50℃,DASD-TEA溶液浓度为0.03wt%(0.03 wt%4,4’-二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸,0.03 wt%三乙胺,99.94 wt%去离子水)。通过对离子交换膜进行含水率、离子交换容量、膜面电阻等测试确定离子交换膜性能参数,其含水率为38.6%,纯水渗透率为50 L·m-2·h-1·bar-1,接触角为81.9°,离子交换容量为0.32 mmol·g-1,膜面电阻为2.96Ω·cm2。为进一步证明PVDF/PI阳离子交换膜的使用价值,使用实验室自制电渗析装置将商品聚乙烯异相离子交换膜(商品膜)与之进行脱盐对比实验,通过改变外加电压、进料液流量、进料液浓度等条件全面分析PVDF/PI阳离子交换膜与商品膜的差异。实验表明,PVDF/PI阳离子交换膜在不同外加电压、进料液流量、进料液浓度等方面均优于商品膜,在电渗析装置最佳工作参数(电压为4 V,进料液流量为40 L/h)下进行120 min脱盐实验中,PVDF/PI阳离子交换膜的脱盐率是商品膜的1.33倍。
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