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介电谱的探测方法具有非破坏性、实时监测性、操作方便、尤为适合于研究非均匀体系等特点,所以本论文将采用该方法研究独立复合膜的透过性,以期获得较真实的膜/溶液体系各个组成部分的透过性、及选择透过性信息。
本研究工作,首先选用复合纳滤膜 NTR7450,测量其分别与NaCl、CaCl<,2>、NaNO<,3>、Na2SO<,4>、Na2cO。组成体系的介电谱,并解析得到了该膜各层的特征电参数及介电参数,分析确定了膜的层状性质,即介电模型中的膜b相对应于实际纳滤膜的有效分离层,膜c相则为纳滤膜的多孔支撑层。并结合Donnan平衡原理分析了电解质在复合膜各个层中的迁移情况及其原因。膜的c相对电解质离子的阻碍作用较小且不存在选择性;而电解质在膜b相的迁移行为遵循Donnan平衡原理。定量的计算出了膜的电量,电解质在膜内的扩散系数等重要的参数;并且通过比较1-1型电解质,和1-2型电解质在膜各层的透过性行为,考察了膜对不同种类的电解质的选择透过性行为。且根据Donnan平衡原理,及介电排斥理论分析了膜产生选择透过性的原因。同时,还考察了溶液pH对膜结构及膜透过性的影响。在以往的介电谱研究膜/溶液体系中,这些内容是很少被人系统的研究的。因此,这既是本次工作的第一个研究内容,也是本次工作的特点之一。
本研究工作的第二个内容为:将上述研究复合商品膜所采用的介电谱方法总结出来,将其应用在自制的导电聚合物与高分子共混的复合膜中,考察自制膜的结构特点及透过性性能。从而扩展了,在本次研究中总结出来的研究独立膜/溶液体系的介电谱方法的普适性。
本次选用的是聚吡咯与聚苯乙烯共混的复合膜,且在本实验中所选用的导电聚合物——聚吡咯的结构特点较特殊,它是含有3-4个吡咯环的短链聚合物,因此,该导电聚合物就具有较好的铺展性,从而提高与聚苯乙烯的兼容性,即聚吡咯可以较好的铺展在聚苯乙烯载体膜上。从而较容易的将聚吡咯——导电聚合物的电导特殊性与聚苯乙烯——高分子膜的可塑性、柔韧性结合到了一起,利用了它们的优点而避免了它们各自的弱点,研制开发出一种新型的复合膜,这种类型的复合膜同样也是本世纪研究的热点。因此,本次工作的第二个内容选用了这一较新的研究体系,用上述在我们研究工作中总结出来的特有的介电谱解析方法进行分析,从而既拓展了方法的普适性又考察了该膜的结构特点及透过性能。所考察的内容包括:测量纯聚苯乙烯膜及聚吡咯含量为 0.25%、1%、1.75%、2.5%聚吡咯/聚苯乙烯复合膜在不同浓度的NaCl溶液中的介电谱,通过介电解析及比较膜相的特征参数(电容、电导)确定聚吡咯在该复合膜中的最佳混入量为聚吡咯含量1%;测量膜分别在NaCl、Kcl、CaCl<,2>、pbCl<,2>、AlCl<,3>等不同电解质溶液中的介电谱,并通过介电解析获得膜的结构性质及透过性能,表明由于聚吡咯的混入提高了聚苯乙烯膜的渗透性,此膜带有一定量的负电荷,电解质在膜中的迁移行为遵循Donnan平衡原理;最后,考察了pH对膜结构及渗透性的影响,膜在酸性和碱性环境下的渗透能力都有所提高。