膜的制备离子交换作用

离子交换膜是离子交换树脂单形式。然而,离子交换树脂和膜之间的显著差异的机械性能,特别是膨胀行为。离子交换树脂机械薄弱或急剧膨胀diluate电解液解决方案[14]。最常见的解决这个问题是膜的制备与支持一个稳定的增强材料,赋予必要的强度和尺寸稳定性。两种技术今天用于离子交换膜的制备。一个导致多个异构和更均匀的结构。制备过程都详细描述在专利文献[15 - 17]。

3.1.1异构离子交换膜的制备

离子交换膜具有异构结构由细离子交换粒子嵌入在一个惰性粘结剂的聚合物,如聚乙烯,酚醛树脂、聚氯乙烯。不同种类的离子交换膜的不连续阶段的特征离子交换作用材料。通过异构膜离子的高效运输需要离子交换颗粒之间的接触或者ion-conducting粒子之间的解决方案。异构的离子交换作用可以很容易地由一个混合离子交换膜粉干燥粘合剂聚合物和挤压适当的压力和温度条件下的床单或分散ofion-exchange粒子在溶液中含有溶解成膜聚合物粘结剂,铸造混合成电影,然后蒸发溶剂。

不同种类的离子交换膜电抗性包含有用的低重量超过65%的离子交换粒子。膜含有显著少于65 wt %离子交换粒子与更有高电阻和膜树脂颗粒机械强度差。此外,非均匀膜开发水填充间隙聚合物基质在膨胀过程中,影响机械性能以及选择通透性。

的离子交换容量异构膜在1-2eqkg_1干膜的范围,从而大大低于均匀的膜,这是2和3之间eqkg_1干树脂。一般来说,不同种类的离子交换膜电抗性较高和较低的选择渗透性比均匀的膜。

3.1.2均相离子交换膜的制备

均相离子交换膜可以由聚合单体含有一半,或者是可以阴离子或阳离子,或聚合的单体,其中包含一个阴离子或阳离子基,或引入阴离子或阳离子半个到一个聚合物溶解在溶剂的化学反应,或嫁接官能团的高分子膜。

一种制备阳离子和的方法阴离子交换膜,用于商业阳离子交换膜的制备,是苯乙烯和二乙烯基苯的聚合及其磺化按照下列反应计划[13]:

h2c = ch聚合磺化

CH CH

SO3H

SO3H

在第一步,部分聚合苯乙烯和二乙烯基苯交联,然后在第二步与浓硫酸磺化。获得的膜显示高离子交换容量和低电阻。增加机械强度、膜支持屏幕上。

均相阴离子交换膜可以通过引入四元组胺为氯甲基化聚苯乙烯的过程之后,有叔胺的氨基化反应根据以下方案:

膜结构及其制备上面描述的仅仅是两个例子。有很多变化的基本制备过程,导致产品略有不同。苯乙烯,而是经常代替苯乙烯甲基苯乙烯或乙酸苯酯等使用而不是二乙烯基苯单体divinylacetylene或丁二烯等[2]。

最近阳离子交换膜具有良好的机械和化学稳定性,控制离子交换能力准备解散的磺化聚砜[18]。与氯磺酸磺化执行根据以下方案:

获得膜与不同的离子交换能力可以和磺化聚砜unsulfonated N-methylpyrrolidone等聚合物在溶剂。通过改变磺化unsulfonated聚合物的比例,固定电荷密度可以很容易地调整到所需的值。磺化聚砜可以扮演电影屏幕上。溶剂的蒸发后,钢筋膜具有优良的化学和机械稳定性和良好的电化学性能。

基于聚砜阴离子交换膜可以由halomethylation骨干的聚合物和随后的叔胺的反应。

制备的阳离子交换膜,polyether-etherketone用作基本的聚合物。它可以很容易地与浓硫酸磺化根据以下方案:

磺化只发生在一个polyetheretherketone块,因而很容易控制。获得膜与不同的离子交换能力,可以混合与poly-ethersulfone磺化polyetheretherketone N-methylpyrrolidone等溶剂。通过改变磺化的比值polyetheretherketone polyethersulfone,固定电荷密度可以很容易地调整到所需的值。

3.1.3特殊财产膜

除了上述单极膜,大量的特殊属性膜用于各种应用程序,如low-fouling阴离子交换膜用于某些废水处理应用程序或与一层薄薄的弱分离复合膜表面羧酸团体中使用氯/碱性生产,和双极膜组成的层压板的阴离子和阳离子交换层用于生产质子和氢氧根离子转换相应的酸和碱盐。制备技术详细描述文献[2 19 20]。

技术上和商业上最重要的一个阳离子交换膜是基于近年来开发的全氟化碳聚合物。这种类型的膜有极端的化学和热稳定性,是氯/碱性电解的关键组件以及在大多数今天的燃料电池。他们准备由四氟乙烯共聚perfluorovinylether有羧基、磺酸组的侧链。有几种不同的基本结构商用今天[21]。详细介绍了各种制备技术的专利文献。

今天的商用全氟化碳膜有以下基本结构:

全氟化碳膜的合成是相当复杂的,需要一个多步过程。除了各种全氟阳离子交换膜,全氟阴离子交换膜已经开发出来。阴离子交换膜的化学和相似热性能阳离子交换膜。

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