新型阴离子交换膜的制备及其反电渗析性能研究

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盐差能的开发是解决目前不可再生资源的不断减少和日益加剧的环境污染问题的一种有效途径,反电渗析(RED)法是能量效率最高的一种盐差能发电技术,此技术无污染、可持续发展。离子交换膜是RED最重要的部分,低电阻、高的选择透过性是用于RED的离子交换膜最主要的特性,但是一般低电阻的膜溶胀度较大。为了解决这些问题,本文自制了一种阴离子交换膜(AEM),并对其RED性能进行测试,最后与商业膜的RED功率输出进行对比。本文以溴化聚2,6-二甲基-1,4-苯醚(BPPO)为膜基材料,甲基丙烯酸二甲胺乙酯(DMAEMA)为季胺化试剂和交联剂,制备了一系列阴离子交换膜。研究不同的季胺化时间、热聚温度、DMAEMA与BPPO的物质的量的比对膜性能的影响。用傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱表征形成的膜是否具有预期的结构,并对膜的离子交换容量、溶胀度、抗拉强度、断裂伸长率、选择透过性、膜电阻进行测定,优化阴离子交换膜性能。结果表明:膜的最佳制备条件为季胺化时间5h,溶剂蒸发温度50℃,DMAEMA与BPPO的物质的量的比1:1,得到的AEM面电阻为0.93?·cm2。在RED膜堆中,探索了用电化学工作站计时电位法测定RED膜堆放电性能的方法,分别考察了河水、海水进料方向,料液循环和进料流速对RED输出功率密度的影响。结果表明:河水、海水均从膜堆下方进料,进出料液不循环以及增大进料流速均有利于膜堆功率密度的输出。在模拟河、海水中,含自制AEM和商业CEM1的膜堆输出的最大功率密度为1.77 W/m2高于含商业AEM1和商业CEM1的膜堆输出的功率密度(1.65 W/m2)。本文中自制的低电阻的AEM在RED中有更好的应用前景。
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