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第六章 高分子功能膜材料
用氟代烃单极或双极膜制备的的电渗析器已成为用于制备氢氧化钠的主要方法,取代了其他制备氢氧化钠的方法。 如果在膜的一面涂上一层阴极的催化剂,在另一面涂一层阳极催化在这两个电极上加上一定的电压,则可电解水,在阳极产生氢气,而在阴极产生氧气。 电渗析技术应用领域 自电渗析技术问世后,其在苦咸水淡化,饮用水及工业用水制备方面展示了巨大的优势。 随着电渗析理论和技术研究的深入,我国在电渗析主要装置部件及结构方面都有巨大的创新,仅离子交换膜产量就占到了世界的1/3。我国的电渗析装置主要由国家海洋局杭州水处理技术开发中心生产,现可提供200m3/d规模的海水淡化装置。 电渗析技术在食品工业、化工及工业废水的处理方面也发挥着重要的作用。特别是与反渗透、纳滤等精过滤技术的结合,在电子、制药等行业的高纯水制备中扮演重要角色。 此外,离子交换膜还大量应用于氯碱工业。全氟磺酸膜(Nafion)以化学稳定性著称,是目前为止唯一能同时耐40%NaOH和100℃温度的离子交换膜,因而被广泛应用作食盐电解制备氯碱的电解池隔膜。 全氟磺酸膜还可用作燃料电池的重要部件。燃料电池是将化学能转变为电能效率最高的能源,可能成为21世纪的主要能源方式之一。经多年研制,Nafion膜已被证明是氢氧燃料电池的实用性质子交换膜,并已有燃料电池样机在运行。但Nafion膜价格昂贵(700美元/m2),故近年来正在加速开发磺化芳杂环高分子膜,用于氢氧燃料电池的研究,以期降低燃料电池的成本。 CF2=CF2+SO3 O SO2 重排 O =CF2 — CF2 — SO2F CF2—CF2 O CF2 — CF2 —CF3 FSO2CF2 CF2(OCF —CF2 )n OCF — FC =O CF3 CF3 加热 FSO2CF2 CF2(OCF —CF2 )n OCF = CF2 CF3 ( CF2 CF2=CF2 FSO2CF2 CF2(OCF —CF2 )n OCF —CF2 CF2 ) CF3 全氟磺化聚合物的合成线路 SO3与四氟乙烯反应,生成产物与六氟环氧丙烷进行反应构成全氟乙烯基醚单体。这种单体和适当比例的四氟乙烯共聚即可得到所谓的XR树脂。这种树脂为原料经熔融拉伸成膜,做成的膜经碱性水解,在聚合物中形成具有阳离子交换能力的磺酸基团,构成阳离子交换分离膜。由于聚合物全氟化,故耐酸、耐碱、耐溶剂性质大大改善 反渗透技术 1. 反渗透原理及反渗透膜的特点 渗透是自然界一种常见的现象。人类很早以前就已经自觉或不自觉地使用渗透或反渗透分离物质。目前,反渗透技术已经发展成为一种普遍使用的现代分离技术。在海水和苦咸水的脱盐淡化、超纯水制备、废水处理等方面,反渗透技术有其他方法不可比拟的优势。 渗透和反渗透的原理如图6—3所示。如果用一 张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同 浓度的水溶液隔开,水会自然地透过半透膜渗透从 低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移,这一现象 称渗透(图6—3a)。这一过程的推动力是低浓度溶 液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之差, 表现为水的渗透压。随着水的渗透,高浓度水溶液 一侧的液面升高,压力增大。当液面升高至H时, 渗透达到平衡,两侧的压力差就称为渗透压(图6— 3b)。渗透过程达到平衡后,水不再有渗透,渗透 通量为零。 * * 功能高分子材料第六章 高分子功能膜材料 主要内容 一 高分子功能膜分类 二 高分子功能膜制备方法 三 膜分离过程 四 膜过程和其他化工过程的联
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