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四種常見的雙極膜制備方法

更新時(shí)間:2023-09-19    點(diǎn)擊次數(shù):1445

雙極膜亦稱雙極性膜,是特種離子交換膜,它是由一張陽(yáng)膜和一張陰膜復(fù)合制成的陰、陽(yáng)復(fù)合膜。該膜的特點(diǎn)是在直流電場(chǎng)的作用下,陰、陽(yáng)膜復(fù)合層間的H2O解離成H+和OH-并分別通過陰膜和陽(yáng)膜,作為H+和OH-離子源。雙極膜按宏觀膜體結(jié)構(gòu)分可分為均相雙極膜和異相雙極膜。

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  制備方法

  陰、陽(yáng)離子交換膜層熱壓成型法

  這種方法的基本過程是將干燥的陰、陽(yáng)離子交換膜層疊放在用聚四氟乙烯薄膜覆蓋的不銹鋼板中,排除內(nèi)部氣泡,加熱加壓制得雙極膜。由這種方法制得的雙極膜,可能會(huì)因?yàn)殛?、?yáng)兩膜層的相互滲透,固定基團(tuán)的靜電相互作用,在中間界面層形成高電阻區(qū)域,使雙極膜的工作電壓升高。

  陰、陽(yáng)離子交換膜層粘合成型法

  這種方法的基本過程是用粘合劑分別涂覆陰、陽(yáng)離子交換膜的內(nèi)側(cè),然后疊合,排除內(nèi)部的氣泡和液泡,經(jīng)干燥而得雙極膜。也可將制得的雙極膜通過加熱加壓進(jìn)一步增強(qiáng)兩膜層間的粘合力。為了減小雙極膜的工作電壓, 所用的粘合劑應(yīng)該是可滲透的粘合劑,如聚乙烯亞胺、環(huán)氧氛丙烷及雙酚丙烷系環(huán)氧化合物在甲醇中反應(yīng)所得粘稠物,或苯乙烯磺酸與二乙烯苯的部分共聚物等有機(jī)物以及Cr(NO3)3、三氯化釕、硅酸鈉、磷酸銦等無(wú)機(jī)電解質(zhì)溶液。粘合劑層的厚度應(yīng)以兩膜層有足夠粘合強(qiáng)度為宜,太厚將使雙極膜的電阻增大、工作電壓升高。

  一膜層在另一膜層上流延成型法

  這種制備方法的基本過程是在陰離子交換膜層上覆蓋一層分散有陽(yáng)離子交換樹脂的聚合物溶液,或者在陽(yáng)離子交換膜層上覆蓋一層分散有陰離子交換樹脂的聚合物溶液,經(jīng)干燥而制得雙極膜。 也可以直接用液態(tài)的離子交換材料, 如二-( 2-乙烯基-己基) -焦磷酸、三辛基甲基氯化銨等,代替離子交換樹脂分散的聚合物溶液。為了使兩膜層能結(jié)合緊密,在覆蓋前可對(duì)陰膜層或陽(yáng)膜層的表面進(jìn)行粗糙化處理, 如砂紙打磨,表面壓花( 紋),等離子體表面蝕刻等。

  基膜兩側(cè)分別引入陰、陽(yáng)離子交換基團(tuán)法

  這種制備方法的基本過程是在聚合物基膜兩側(cè)分別用化學(xué)反應(yīng)方法引入陰、陽(yáng)離子交換基團(tuán)而制得雙極膜。比如,將聚乙烯膜浸吸苯乙烯、二乙烯苯及過氧化苯甲酰的混合溶液制得基膜,通過覆蓋保護(hù)的方法,一側(cè)氯磺化、水解得陽(yáng)膜層,另一側(cè)氯甲基化、胺化得陰膜層。

  該法很關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)是要控制好陰、陽(yáng)膜層的厚度并且使兩者的界面平行于膜表面且兩者不相互滲透。所以基膜必須均質(zhì)平整,同時(shí)對(duì)磺化時(shí)間和氯甲基化時(shí)間加以控制。這種方法制得的雙極膜,即使工作相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后,也不會(huì)在兩膜層出現(xiàn)氣泡或液泡,兩膜層不會(huì)分離,離子交換基團(tuán)基本不會(huì)損失。

  一膜層在另一膜層上電沉積成型法

  這種制備方法的基本過程是將離子交換膜組裝在電解槽中,電解液里懸浮電性相反的離子交換樹脂粉末,通直流電使樹脂粒子沉積在膜的表面形成雙極膜。有研究者發(fā)現(xiàn), 沉積在膜表面的樹脂粒吸著牢靠, 即使倒換電極方向或者通入濃鹽水,樹脂粒子也不會(huì)輕易脫落。

 

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