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含氯重金属废水来源广泛,且具有毒性持久、酸性强、易富集且不能被生物降解的特点。膜法电积技术应用于含氯重金属废水的处理时,不仅实现了重金属的回收,而且能抑制大部分氯气的产生。阳离子交换膜的性能是影响膜电积技术的核心因素,由于商品阳离子交换膜存在选择透过性低、抗氧化性差的缺点,使其在实际应用中阻挡氯离子的效果并不理想,仍旧有氯气从阳极析出,造成严重污染。针对此问题,论文主要目的是研究开发一种抗酸性强、选择透过性优异、抗氧化性和机械性能良好的阳离子交换膜。首先,论文以PVDF为膜基材,采用“基膜制备→碱化→接枝→磺化”的路线,制备PVDF-g-PSSA阳离子交换膜,借助场发射电子显微镜（FESEM）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、耐破度仪以及其他膜性能测试方法考察离子交换膜的物化及电化学性能,系统的探讨了基膜制备、碱化、接枝、磺化实验条件对阳离子交换膜各项物化性能的影响规律,并在此基础上优化实验制备条件,获得最佳制备工艺参数。其次,为了进一步提高膜的选择透过性,同时改善其他性能,论文采用掺杂无机纳米颗粒的方法改性PVDF-g-PSSA膜,以选择透过性、抗氧化性、耐破度为主的膜性能为评价指标考察掺杂纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米ZnO后阳膜的物化性能,并优化掺杂条件,得到最佳掺杂工艺参数。再次,通过电化学方法,采用循环伏安曲线及计时电位曲线探讨了离子穿过膜的迁移过程,同时构建阳离子交换膜主要性能的快速评价方法。最后实施了双膜三室处理含氯重金属废水的应用实验,对比研究自制阳离子交换膜及商品膜在槽电压、能耗、抑氯性等方面的影响规律,并测试苛刻条件下自制阳离子交换膜的加速寿命。基于上述研究内容,得到实验结论如下:通过研究PVDF质量浓度对膜的抗氧化性、耐破度和选择透过性的影响趋势,可得PVDF的最佳质量浓度为22%,此时,基膜耐破度良好,膜重量损失最小,同时铸膜液稠稀适中,适宜刮膜;考察了碱化时间、温度、碱液浓度对接枝率、膜抗氧化性及耐破度的影响趋势,得到PVDF基膜的最佳碱化条件:碱化时间75min,碱液（NaOH溶液）浓度0.1mol/L,碱化温度70℃;探讨了引发剂浓度、接枝温度、时间对接枝率的影响规律,得到PVDF碱化膜的最佳接枝条件:引发剂（BPO）浓度0.7g/100mL（80ml苯乙烯+20ml四氢呋喃）,接枝温度70℃,接枝时间14h;通过考察磺化时间、温度对膜性能的影响,确定PVDF-g-PS膜的最佳磺化条件:磺化时间8h,磺化温度70℃。针对上述PVDF-g-PSSA膜选择透过性不够理想的情况,论文采用无机纳米颗粒（SiO2、Al2O3、ZnO）掺杂改性的方法进一步提高膜性能。采用单一纳米颗粒掺杂制备膜时,通过膜性能检测,认为纳米颗粒的掺杂质量分数为1.5%。其中,PVDF/1.5%Al2O3-g-PSSA膜离子交换容量（IEC）及含水率增加最明显,IEC值相比PVDF-g-PSSA膜提高了41%,而膜电阻降低了19%;PVDF/1.5%ZnO-g-PSSA膜的选择透过率增长最为明显,相比提高了9.7%;PVDF/1.5%SiO2-g-PSSA耐破度增长明显,相比提高了16%,并且抗氧化性良好。SEM图像显示该质量分数下无机纳米颗粒掺杂会增加膜的致密度,但不会破坏膜自身的结构。采用不同配比下多种无机纳米颗粒掺杂制备膜时,相比于单一掺杂,膜的各项性能略有优化。其中,相比于PVDF-g-PSSA膜,SiO2:Al2O3:ZnO配比为2:1:2时,膜的选择透过性增长了11%,同时,膜的耐破度增长了18.5%。综上所述,认为同时掺杂SiO2、Al2O3、ZnO纳米颗粒的最适宜质量配比为2:1:2,占PVDF总的质量分数为1.5%。采用循环伏安法和计时电位曲线法探究离子传输过程。循环伏安曲线的电位窗口用于评价阳离子交换膜的选择透过性,电位窗口越窄,表示膜的选择透过性越高,实验表明PVDF（SiO2:Al2O3:ZnO）（2:1:2）-g-PSSA膜的选择透过性最高,与之前实验结果一致。在计时电位曲线法研究中,施加电流瞬间,位于膜表面扩散梯度层内的Na+优先通过膜,完成迁移过程。当施加电流密度很小时,曲线上Um值随着时间基本不变,但随着电流密度的增大,Um值随即逐渐增大,当施加的电流密度趋近于极限电流密度时,Um值急剧增加,此时扩散梯度层内Na+离子浓度趋于0。与PVDF-g-PSSA膜的计时电位曲线相比,掺杂了无机纳米颗粒制备膜的计时电位曲线拐点处Um值增长更为剧烈,并且对应的Um值越小,说明掺杂了无机纳米颗粒制备膜的膜孔及离子交换位点越均匀,电阻越小,从而建立了阳膜主要性能快速评价系统。采用双膜三室膜电解法处理含氯化镍的重金属废水,对比PVDF/1.5%SiO2-g-PSSA、PVDF/1.5%Al2O3-g-PSSA、PVDF/1.5%ZnO-g-PSSA、PVDF（SiO2:Al2O3:ZnO）（2:1:2）-g-PSSA])、商品膜CEM-1的应用效果,结果显示,4种自制膜对应槽电压、能耗及氯离子泄漏率均小于商品膜CEM-1,其中PVDF/1.5%SiO2-g-PSSA膜的氯离子泄漏率随电解时间变化幅度最小;同时,苛刻条件下PVDF/1.5%SiO2-g-PSSA膜加速寿命最长,表明PVDF/1.5%SiO2-g-PSSA膜应用于含氯重金属废水的回收可有效降低氯气污染;中隔室产生的盐酸可回收利用,具有良好的经济和环境效益。