ZrP/PVDF杂化阳离子交换膜的制备及性能
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发布时间：2024-10-24 01:53
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时间：2024-10-25 22:02
摘要
利用原位合成法成功制备了含有磷酸锆的聚偏氟乙烯(ZrP/PVDF)杂化阳离子交换膜。通过研究膜的氯离子阻挡性能与耐氧化性能，以及对膜进行扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征，发现当聚偏氟乙烯膜骨架中磷酸锆的质量百分比达到25%时，制备出的杂化膜综合性能最佳。该膜的离子交换容量为1.05 mmol/g，反离子迁移数为0.93，膜电阻为8.1Ω·cm2，耐破度为0.42MPa，氯离子泄漏率仅为7.4%。实验结果表明，该膜的氯离子阻挡性能和耐氧化性能均较为优秀，显示了在高浓度金属离子氯化物废水处理领域应用的潜力。
高浓度金属离子氯化物废水处理中，传统的电沉积工艺虽然可以回收金属离子，但电沉积过程中的氯气生成问题严重污染环境并腐蚀设备。为此，引入阳离子交换膜进行膜法电沉积工艺，能够有效隔绝氯离子接触阳极板，实现高浓度金属离子氯化物废水的资源化和绿色处理。然而，目前市面上的阳离子交换膜往往难以实现100%阻挡氯离子，仍有部分氯离子穿透膜产生氯气，形成强氧化性次氯酸。因此，开发高氯离子阻挡性能与耐氧化性双优的阳离子交换膜对工艺应用具有重要价值。
为了制备稳定性较好的离子交换膜，研究人员通常会在惰性高分子聚合物中引入化学稳定性的荷电基团或无机物质。本文通过向聚偏氟乙烯等有机聚合物中引入高氯酸锂、磷钨酸、硅钨酸等无机荷电物，成功制备出了性能稳定的离子交换膜。研究聚焦于通过原位合成法将无机荷电基团磷酸锆引入膜中，制备出内含磷酸锆的聚偏氟乙烯杂化阳离子交换膜。结合处理高浓度金属离子氯化物废水的性能要求，对膜的氯离子阻挡性能与耐氧化性能进行了深入研究。
实验中，首先制备铸膜液，将氧氯化锆均匀分散于聚偏氟乙烯铸膜液中，之后在磷酸中浸泡，通过原位合成法将磷酸锆引入膜中。经过一系列固化和干燥处理，最终得到内含磷酸锆的聚偏氟乙烯杂化离子膜。通过测试，证明了该膜在应用于高浓度金属离子氯化物废水处理时的性能优势。
通过对膜的氯离子阻挡性能、耐氧化性能、电阻与耐破度的测试，以及使用SEM与FTIR进行表征，证实了当磷酸锆质量百分数为25%时，制备出的杂化膜综合性能最佳。实验结果表明，该膜具有良好的氯离子阻挡性能与耐氧化性能，其离子交换容量、反离子迁移数、膜电阻和耐破度等指标均满足高浓度金属离子氯化物废水处理的要求。
结论
采用原位合成法制备的ZrP/PVDF杂化阳离子交换膜，在氯离子阻挡性能、耐氧化性能以及综合性能方面表现出色，具备应用于高浓度金属离子氯化物废水处理领域的潜力。通过将磷酸锆引入聚偏氟乙烯膜骨架中，不仅提高了膜的导电性能和选择透过性能，而且确保了磷酸锆颗粒在膜骨架中的稳定存在，为高浓度金属离子氯化物废水的资源化和绿色化处理提供了有效解决方案。
