尼龙纤维增强聚乙烯醇聚二烯丙基二甲基氯化铵阴离子交换膜的制备与性能研究.docVIP

尼龙纤维增强聚乙烯醇-聚二烯丙基二甲基氯化铵阴离子交换膜的制备与性能研究 第32卷第1期 2012年2月 膜科学与技术 MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGY VoL32No.1 Feb.2012 尼龙纤维增强聚乙烯醇僳二烯丙基二甲基氯化铵 阴离子交换膜的制备与性能研究 腊人僖,比嘉充,王苓 (1.西华大学材料学院,成都610039;2.山口大学理工学研究科,宇部755—8611,日本) 摘要:以五种不同聚乙烯醇/聚二烯丙基二甲基氯化铵配比制备了用于电透析脱盐的尼龙 纤维增强的阴离子交换膜,并考察四种不同交联剂浓度的条件下对膜的性能参数:膜含水率, 迁移数,膜电荷密度及膜面电阻的影响.实验结果表明:膜的含水率随聚二烯丙基二甲基氯化 铵含量的增加而增加,随交联剂GA浓度的增加而降低;在WFc:==30,A一0.05时阴离 子交换膜的膜电阻最低,且为4.46Q?cm;在Wpc===30,%A一0.3时阴离子交换膜的动 态迁移数达到0.99;在WpC:==20,仇A—O.3时阴离子交换膜的膜电荷密度值为1.24mol/ dm.. 关键词:聚乙烯醇;聚二烯丙基二甲基氯化铵;阴离子交换膜;含水率;迁移数 中图分类号:0646.2文献标识码:A文章编号:1O07—8924(2012)O1—0023-04 离子交换膜是含有离子交换基团,对溶液中离 子具有选择透过性的功能膜;按性能不同,可分为阳 离子交换膜,阴离子交换膜,两性交换膜和双极离子 交换膜.离子交换膜由于自身独特的荷电性质,具有 分离效率高,能源消耗小,环境污染少的特点.通过 把阴离子交换膜和阳离子交换膜组合起来应用的电 渗析分离技术已广泛应用于环境保护,解决水和工 业污染的各个方面.利用具有单价选择性的阴,阳离 子交换膜通过电渗析作用使离子在电流的作用下有 序运动使海水脱盐淡化,对工业废水中含重金属的 硬水进行分离浓缩,回收其中金属成分;应用于氯碱 工业方面,则可作为电透析装置中的分离器以获取 工业所需要的酸和碱.阴离子交换膜还可单独使用 于直接甲醇燃料电池(DMFC)中,具有工作温度低, 结构简单,能量转换率高,运输方便等特点,在发电 站及电动汽车方面有极大的潜在利用价值. 目前用于电透析分离技术中的市售阴离子交换 膜中很多都含有苯乙烯一二乙烯基苯基体,此类基 体的缺点在于制备过程中共聚和交联会同时发生, 使交换膜的结构比较难控制,另外其制备成本较高. 近来,为了解决以上问题,已经有研究者对新的成膜 方法进行了研究.如Choi等口]通过离子接枝聚合, 将离子基团装配在聚甲基丙烯酸环氧丙酯一g一聚 丙烯基体上成膜.另外一种新的成膜方法是将水溶 性树脂与含有功能团的聚合电解质在溶液状态下混 合成膜,然后在交联剂的作用下将功能基团包覆其 中,可形成半互穿聚合物网络结构(SEMI—IPN)的 阴离子交换膜.聚乙烯醇(PVA)是目前应用最广泛 的成膜材料之一,具有良好的成膜性,高亲水性,易 加工性,良好的生物相容性和抗化学污染性_2].因 为PVA为结晶高分子,可以与交联剂作用来控制 结晶区域的大小,以控制其物理交联点的数量,但是 PVA膜体在高交联度,高温处理下力学性能容易变 差.最近,为了制备力学强度较好的用于电透析脱盐 的PVA阴离子交换膜,本文研究了以尼龙纤维为 增强体,聚乙烯醇(PVA)为基体,通过聚二烯丙基 二甲基氯化铵(PDADMAC)引入功能基团制备复 合阴离子交换膜,并讨论了改变复合阴离子交换膜 中PDADMAC含量及交联剂戊二醛(GA)浓度调 整膜的性能. 收稿日期:2010—12—21;修改稿收到日期:2011—04—12 作者简介:腊人僖(1984一),男,硕士生,主要从事聚合物改性和精细化工的研究,(1aren~@hotmail.COiTI.cngt;.*通讯联系 人(w10999@mail.xhu.edu.cngt; ? 24?膜科学与技术第32卷 1实验部分 1.1试剂及原材料 NaC1:和光制药株式会社;HC1:NACALAI TESQUE株式会社;KC1:NACALAITESQUE株 式会社;聚乙烯醇(PVA):KURARAY株式会社, Mw一198000;聚二烯丙基二甲基氯化铵: ALDRICH化工公司,Mw===400000～500000;戊 二醛(GA):和光制药株式会社;尼龙纤维:KURA— RAY株式会社. 1.2复合阴离子交换膜的制备 将PVA和PDADMAC在水溶状态下混合溶 解,除泡后将形成的聚合物溶液用涂膜棒涂覆于固 定于玻璃板上的加强纤维上.接着把载有聚合物的 玻璃板置于加热板上,50℃恒温12h使聚合物溶 液干燥成膜,在此过程中通过调节聚合物溶液中两 种组分PDADMAC与PVA的质量比例来制备具 有不同性能的阴离