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双极膜是一种特殊的离子交换膜,由阳离子交换层、阴离子交换层和介于中间的过渡层构成。在反向电压的作用下,可以将水解离为氢离子和氢氧根离子。和传统电渗析法相比,双极膜电渗析具有过程简单、能效率高、废物排放少等特点,在化工生产、能源回收、环境保护等领域都存在广泛的应用。
随着双极膜在资源回收和污水处理方面应用的推广,对双极膜的性能提出了更高的要求。如何克服传统双极膜对温度的限制,减小在预处理过程中消耗的能量,成为双极膜电渗析的新的发展方向。本论文尝试将有机—无机杂化的理论用于双极膜的制备过程,制备具有较好的耐温性和稳定性的双极膜。
以磺化聚苯醚(SPPO)为基体,与硅烷偶联剂胺丙基三乙氧基硅烷(A1100)进行杂化制备杂化阳离子交换层,同时以凹凸棒石-FeCl3复合物作为双极膜中间层,以聚合物(VBC-co-γ-MPS)作为杂化阴离子交换层,通过电流电压曲线、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM)、耐温稳定性和双极膜水解离产酸情况等方面,对有机—无机杂化双极膜进行表征。结果表明,阴离子交换层中聚乙烯醇(PVA)和聚合物(VBC-co-γ-MPS)的比例为4g:4g时,水解离电压更低,耐温性更强;通过向阴、阳离子交换层引入无机组分,可以使得双极膜在25-80℃的环境下,具有很好的耐温稳定性;在中间层中添加凹凸棒石-FeCl3复合物,可以增强双极膜的水解离性能。
在此基础上,利用BP-C构型,将制得的有机—无机杂化双极膜用于双极膜电渗析,从葡萄糖酸钠中制备葡萄糖酸。结果表明,随着温度的升高,产酸量有逐渐下降的趋势,但是下降并不明显;而随着电流密度的升高,电流效率和能耗均呈现增长趋势;有机—无机杂化双极膜在生产葡萄糖酸过程中,在不同温度不同电流密度下,水解离情况均比较稳定。
总之,本文中制备的有机—无机杂化双极膜,对高温有较强的稳定性和耐久性,可以应用于有机酸的生产过程。