吡啶及其衍生物制备阴离子交换膜以及传质特性的研究

论文摘要

离子交换膜是一种膜状的离子交换树脂。其用途非常广泛,其中比较重要的有海水淡化、苦咸水脱盐等。然而分离同电荷同价态的离子仍存在较大的困难。离子交换膜的种类不同,相应的制备方法也不尽相同。其中均相阴离子交换膜的制备比较困难,原因之一是氯甲基化时需要使用剧毒物质—氯甲醚,因此探索不使用氯甲醚而制备阴离子交换膜的路线非常必要。同时随着工业生产对离子交换膜要求的提高,对具有高热稳定性、化学稳定性、机械稳定性以及较低膜电阻的高选择性膜的需求也日益增多。用吡啶或其衍生物(4—乙烯基吡啶)对甲基溴化的聚2,6—二甲基—1,4—苯撑氧(BPPO)基膜进行胺化,可以得到系列阴离子交换膜。所制备的阴膜对各种具有不同水合自由能的一价阴离子有着较好的分离效果。本论文共包括六章。第一章是绪论,对离子交换膜作简要介绍,包括离子交换膜的分类和制备以及应用与发展。最后提出本论文的设计思想和论文的主要工作。第二章介绍了吡啶对BPPO基膜进行改性制备阴离子交换膜以及制备方法的优化。选择吡啶作为胺化试剂是由于吡啶的亲水亲油平衡值较三甲胺的小,所制备的阴膜也比由三甲胺制备的阴膜具有较强的憎水性。还讨论了所得阴离子交换膜的基本性质。第三章介绍了4—乙烯基吡啶对BPPO基膜进行改性制备阴离子膜。选择4—乙烯基吡啶作为胺化试剂可以在引入吡啶基团的同时避免吡啶对BPPO基膜的腐蚀。该方法制备的阴膜具有较强的憎水性。讨论了所制备阴膜的基本性质,还比较了吡啶及4—乙烯基吡啶改性所制备膜的热稳定性和化学稳定性。第四章通过实验进一步探讨了吡啶及其衍生物(4—乙烯基吡啶)所制备阴离子交换膜对单价阴离子的选择渗透性。并讨论了阴膜憎水性、阴离子的水合半径及其水合能对离子在膜内选择渗透性的影响。第五章提出了一种通过测定电导率推测离子交换膜性质的简单方法。该方法基于离子交换膜的某些性能间的密切联系,以一组商业离子膜和一些本实验室制备的膜为例进行讨论。其正确性通过方程的线性,计算所得参数与所报道参数间的比较,以及所推测的结构参数的合理性进行验证。第六章是对全文的总结。通过前面的实验和理论分析,得出一些对离子交换膜制备有意义的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 离子交换膜
• 1.1.1 离子交换膜的定义与分类
• 1.1.2 离子交换膜的应用与发展
• 1.1.3 离子交换膜的制备
• 1.1.4 离子交换膜的主要性能表征
• 1.2 论文设计思想和主要工作
• 第二章 吡啶基均相阴离子交换膜的制备及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 反应条件的选择
• 2.3.2 红外证明BPPO和吡啶间的反应
• 2.3.3 阴膜的表面形貌及交联对膜的影响
• R）'>2.3.4 离子交换容量和含水量（W_R）
• m）'>2.3.5 膜电阻（R_m）
• m）'>2.3.6 膜电位（E_m）
• R）和迁移数（t）'>2.3.7 固定基团浓度（C_R）和迁移数（t）
• 2.4 本章小结
• 第三章 4—乙烯吡啶基均相阴离子交换膜的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 红外证实BPPO与4-乙烯基吡啶的反应
• 3.3.2 表面形貌
• 3.3.4 EDXA
• 3.3.5 热稳定性
• 3.3.6 所得膜的基本性质
• 3.4 本章小结
• 第四章 单价阴离子在吡啶及其衍生物制备的均相阴离子交换膜中的选择渗透性
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 阴离子交换膜的制备及基本性能表征
• 4.2.3 单价阴离子选择渗透性的测定
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 由BPPO和吡啶及吡啶衍生物胺化反应制备的阴离子交换膜的基本性质
• -在吡啶胺化所制备的阴膜中的选择渗透性'>4.3.2 单价阴离子相对于Cl^-在吡啶胺化所制备的阴膜中的选择渗透性
• -在4—乙烯基吡啶胺化所制备的阴膜中的选择渗透性'>4.3.3 单价阴离子相对于Cl^-在4—乙烯基吡啶胺化所制备的阴膜中的选择渗透性
• 4.4 本章小结
• 第五章 通过测定电导率估测离子交换膜微结构和迁移数
• 5.1 引言
• 5.2 理论推导
• 5.2.1.Donnan平衡
• 5.2.2 电导特性
• 5.2.3 从膜电导特性与其它参数的理论关联
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 膜
• 5.3.2 膜电导性
• 5.4 结果和讨论
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文结论
• 致谢
• 在读期间完成的工作及获奖情况