离子交换膜:从基础研究到产业化应用推广

来源 :中国化学会第18届反应性高分子学术研讨会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:psty2006
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离子交换膜是膜状的离子交换树脂.它包括三个基本组成部分即高分子骨架、固定基团及基团上的可移动离子.因此和离子交换树脂一样,按照其带电荷的种类不同主要分为阳离子交换膜和阴离子交换膜.阳离子交换膜(简称阳膜)膜体中含有带负电的酸性活性基团,如磺酸基(-SO3H)、磷酸基(-PO3H2)、膦酸基(-OPO3H)、羧酸基(-COOH)、酚基(-C6H4OH)以及砷酸基(AsO32-)和硒酸基(-SeO3-)等,因此它能选择透过阳离子而阻挡阴离子的透过.阴离子交换膜(简称阴膜)膜体中含有带正电的碱性活性基团,主要有伯、仲、叔、季四种胺的胺基和芳胺基等,如:-NH3+、-RNH2+、-R2NH+、-R3N+、-R3P+、-R2S+,因此它能选择透过阴离子而阻挡阳离子的透过. 与压力驱动膜等膜品种相比,由于离子交换膜制备过程的复杂性,目前离子膜的产量和生产企业都相对较少,我国目前多以异相离子膜为主,该膜是通过离子交换树脂粉与聚乙烯等粘结剂热压而成,主要用于初级水处理和一些简单的化工分离,还不能胜任多数化工反应、分离以及能源存储转化等的要求。究其原因,主要是传统的均相离子膜的制各路线制约。传统的均相膜制备路线目前主要采用两种方式:一是从单体出发,通过交联聚合、切削、功能基化等过程制备,最常用的单体是苯乙烯和二乙烯基苯;另一种是从聚合物开始,通过溶解、浸涂、功能基化等过程制备,过程得到了一定的简化,通常的聚合物有聚砜、聚醚砜(酮)、聚苯醚等。特别是利用该传统工艺,在制备阴离子交换膜中,需要使用致癌物质氯甲醚进行氯甲基化,在阳膜制备中,需要利用氯磺酸获浓硫酸进行磺化,国产纤维增强织物应用受限;功能基化在固液相进行,反应效率低,存在残液污染,特别是从单体制膜时需要使用复杂的设备,产业化困难。近年来,随着国家基础研究的增强,部分研究成果得以转化,也不断涌现出一批生产均相离子膜的品种和公司,主要代表性的品种包括聚苯醚系列膜,聚乙烯醇系列膜等。本报告以课题组聚苯醚泵列离子交换膜开发及其改进为例,说明离子膜从基础研究到产业化的进程,以及最近几年开发出的离子膜的最新应用领域。
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