第七章电渗析课件.ppt

* 第七章 离子交换膜与电渗析 电渗析——在直流电场作用下，溶液中的离子 选择性地通过离子交换膜的过程。 主要用于溶液中电解质的分离。 一、离子交换膜的分类 强酸型 （磺酸型—SO3H） 阳离子交换膜 中酸型 (磷酸型—OPO3H、膦酸型—PO3H2) 弱酸型 (羧酸型—COOH、酚型— 混合型 苯酚磺酸 强碱型 （季胺型—N（CH3）3OH） 吡啶季胺型 离子交换膜 阴离子交换膜 中、弱碱酸型（伯、仲、叔胺型 －NH2 －NHR －NR2 混合型 混合胺型 表面涂层膜 双极膜 特殊离子交换膜 两性膜 镶嵌膜 其它膜 阳离子交换膜：含有酸性活性基团，可解离出阳离子 对阳离子具有选择透过性，简称为阳膜 阴离子交换膜：含有碱性活性基团，可解离出阴离子 对阴离子具有选择透过性，简称为阴膜 ? 离子交换膜是电渗析的核心部件，是一种膜状的离子交换 树脂。但在电渗析中使用的离子交换膜，实际上并不是起 离子交换作用，而是起离子选择透过作用，更确切地应称 为离子选择性透过膜。 二、离子交换膜的组成 固定部分 高分子骨架结构部分 离子交换基团 (固定荷电基团) 膜的主体 反离子(对立离子) 离子交换膜 活动部分 唐纳渗透离子(同名离子) 溶剂(如水) 增强材料 膜主体的固定部分由体型或线型长链高分子材料组成， 在高分子链上锚有离子交换基团，当膜投入水中，膜吸水溶 胀，使活性基团离解。 磺酸型阳膜的活性基团一SO3H的离解 R一SO3一 一 H+ 季胺型阴膜的活性基团一N(CH3)3OH的离解 一CH2N+ (CH3)3 一 OH－ 产生的H+ 和OH— 进入水溶液中，膜上留下一定电荷的固定 基团，它可吸附溶液中的正离子和负离子，这些离子是可移动 的。 离子交换膜中的主体组分是树脂相，根据需要，可加入 粘结剂、增塑剂、着色剂、防老剂、抗氧化剂、脱膜剂 膜中主体组分又可分为均相膜、异相膜 均相膜 主体组分中各成分以分子状态均匀分布，不存在相界面 异相膜 通过粘结剂把粉状树脂制成片状膜，树脂与粘结剂等组分 间存在相界面 三、离子交换膜的制备 （一）异相膜的制备 粘结剂 聚氯乙烯、聚过氯乙烯、聚乙烯醇等，天然与合 成橡胶 成膜方法 1.粉状树脂、粘结剂、辅料混合后通过延压和模压 成膜。 2.粉状树脂分散在粘结剂溶液中，浇铸成膜后，蒸 去溶剂 3.粉状树脂分散在成膜预聚体中，浇铸成膜后完成 聚合过程。 异相膜制备配方 原 料 阳膜配料 % 阴膜配料 % 聚乙烯 阳离子交换树脂粉 阴离子交换树脂粉 聚异丁烯 硬脂酸钙 酞青蓝 21 73.7 0 4.2 1.1 23 0 70 5.8 1.2 0.1 聚乙烯起粘合剂作用 聚异丁烯起粘合、增柔作用，赋予膜弹性 硬脂酸钙作脱模剂和稳定剂 酞菁蓝是染料，以区别于阳膜的本色 还可以添加防老剂、抗氧化剂等成分 ——干 燥—— 工艺流程和成膜条件 80-100℃ 200-300目 树脂—— ——出料过筛————磨粉过筛————树脂粉 1. 聚乙烯 110—120℃ 10-15 MPa 2. 聚异丁烯 双辊混炼机—— 拉片————加网热压 3. 硬脂酸钙 45min 4. 树脂粉 混炼均匀后在延压机上拉成需要厚度的膜片。再将两张尼龙网 布分别覆盖在膜片的上下，送入热压机中，成为实用的膜。 异相膜树脂与粘结剂仅是机械结合，使用过程中树脂易脱落。 粒状聚氯乙烯 ∣二氯乙烷 溶胀 ∣ 悬浮聚合 ∣ 白球 ┌───┴───┐ ∣H2SO4 磺化 ∣氯甲醚 氯化 ∣　　　　　　　∣ 磺酸氯型树脂　　　季铵型树脂　 ∣NaOH处理　　 ∣HCl处理 磺酸钠型树脂　　　季铵氯型树脂 └───┬───┘ 混　炼 ∣ 拉　片 ∣ 加网热压 ┌─┴─┐ 阳膜　　阴膜 （二）均相膜的制备 1. 从聚合反应开始制膜 如：苯酚磺酸与苯酚、甲醛先进行部分缩 聚反应，把它吸浸于多孔支衬材料中或涂布于 网布上，再进一步缩聚形成阳离子交换膜 如：将含有环氧反应基团的料液刮于尼龙 网上，上下衬以涤纶纸，在油压机上加热聚合 形成基膜，把聚合反应过程、成膜过程、引入 反应基团过程三步合成—步，制成的基膜浸入 三甲胺溶液，得到甲基丙烯酸环氧丙酯阴膜。 2. 制成膜后导入离子交换基团 如纤维素、聚乙烯醇，它们含有多羟基，能 进行酰化和酯化反应使离子交换基团直接导人 膜内。又如聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化聚醚、 聚乙烯亚胺、丁苯乳胶、氯醇橡胶等先制成聚 合物薄膜