简述硅烷基于PVA杂化阳离子交换膜:膜制备及扩散渗析运用
最后更新时间:2023-12-26
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论文导读:
摘要:杂化离子膜是有机和无机材料在微观层次上进行结合,并具有离子交换性能的一种新型膜。该膜有望兼具有机膜和无机膜各自的优点,并对各自的缺点进行互补,例如常用的有机离子膜在具有高离子交换容量(IEC)时,溶胀性会相应增多,而杂化膜可提升抗溶胀性能,使膜在实际运用中的稳定性得到提升。另外,由于其离子交换特性,所从杂化离子膜在燃料电池、电化学分析、水处理包括扩散渗析、电渗析、超滤、纳滤等领域中逐渐受到重视。其中阳离子交换膜扩散渗析(diffusion dialysis, DD)处理碱性废水具有能耗低、可从连续操作、环境友好等优点,所从有独特的运用前景。聚乙烯醇(PVA)便宜易得,具有良好的柔韧性、成膜性能、亲水性、耐油脂和耐溶剂性能。因此本文制备了系列基于PVA的杂化阳离子交换膜,膜中无机组分的引入主要是通过烷氧基硅烷或者多硅共聚物的溶胶-凝胶(sol-gel)反应。对膜的结构、物化特性进行了考察并探讨了其扩散渗析运用性能。本文一共包括六章。第一章是绪论,对有机-无机杂化膜的分类、制备及运用作简要的简介,包括杂化阴离子膜、杂化阳离子膜和杂化膜,然后对膜的运用,特别是DD运用进行详细简介。最后提出本文的主要内容。由于四乙氧基硅烷(TEOS)是最常用来制备PVA-杂化膜的一种烷氧基硅烷,本论文在第二章中探讨了PVA与TEOS的交联成膜历程,为后继章节的探讨提供依据和指导。通过对TEOS的sol-gel反应的简单模拟,提出PVA/TEOS杂化膜的论述交联网络,包括Si-O-Si、Si-O-C和C-O-C等不同键联形式,也研究了这些网络形成历程极为对膜结构的影响。第三、四、五章均是使用合成的多硅共聚物制备PVA-杂化阳离子交换膜。多硅共聚物是通过不同的有机单体和γ-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)进行自由基共聚得到。其中第三章选用了马来酸酐(MA)作为有机单体,MA中的酸酐基团亲水性较低,也不会催化γ-MPS的水解-缩合,所从共聚历程不易产生凝胶。在随后的sol-gel反应期间,酸酐基团水解产生两个相邻的-COOH基团,以而提升了膜IEC值,为膜运用到DD历程回收NaOH/Na2WO4混合液中的NaOH提供了条件。此外,尽管IEC值增多,但膜的水含量随着多硅共聚物的增多而减小,说明膜抗溶胀性增多。由于-SO3Na是强离子交换基团,也有很高的亲水性,有利于和PVA水溶液的混合交联,所从第四章中选用苯乙烯磺酸钠(SSS)作为有机单体,和γ-MPS进行共聚得到多硅共聚物poly(SSS-co-γ-MPS),共聚历程顺利且无凝胶产生。共聚物与水有较好的兼容性,由此共聚物和PVA共混时可制备出透明均一的溶液,以而获得透明均一的杂化膜。膜的IEC值显著低于商业聚苯醚膜的相应数值,但是对OH-离子的扩散渗析系数(UOH)为0.010-0.011m/h,要远高于商业膜的数值。据此,提出了膜中离子迁移传递机理,并与膜结构进行关联,发现PVA-杂化离子膜具有不同于商业离子膜“三相”模型的独特结构。由于MA和SSS作为单体具有各自的特征和优势,第五章中使用MA和SSS与γ-MPS进行共聚得到三元共聚物poly(MA-co-SSS-co-γ-MPS),因此得到的PVA-杂化膜中兼具弱离子和强离子交换基团(-COOH和-SO3Na)。DD结果说明,20oC和40oC膜对OH-的渗析系数(UOH)分别为0.011-0.019m/h和0.021-0.031m/h,高于商业聚苯醚膜的相应数值(25oC为0.0014-0.0022m/h)。此外,也将膜的水含量、IEC、固定离子浓度与膜扩散渗析性能进行关联,发现了不同于前期报道的有趣规律,即水含量、IEC、固定离子浓度对膜的扩散渗析特性影响并不明显,相反的,膜主体的亲水性如何从及辅助官能基团(如-C-OH)的有着,对DD结果有重要影响。第六章是对全文的总结。通过前面的实验和论述分析,得出几点对PVA-杂化阳离子交换膜的制备和运用有作用的结论。关键词:聚乙烯醇(PVA)论文多硅共聚物论文四乙氧基硅烷(TEOS)论文马来酸酐(MA)论文苯乙烯磺酸钠(SSS)论文扩散渗析论文
本论文由www.7ctime.com,需要可从关系人员哦。摘要5-7
ABSTRACT7-10
致谢10-11
目录11-18
第一章 绪论18-26
1.
3.
3.
第四章 磺酸型多硅共聚物-PVA 杂化膜的制备及 DD 运用58-71
4.
第五章 磺酸&羧酸型多硅共聚物-PVA 杂化膜的制备及 DD 运用71-89
5.
第六章 结论89-92
参考文献92-104
在读期间发表的学术论文及探讨成果104-106
摘要:杂化离子膜是有机和无机材料在微观层次上进行结合,并具有离子交换性能的一种新型膜。该膜有望兼具有机膜和无机膜各自的优点,并对各自的缺点进行互补,例如常用的有机离子膜在具有高离子交换容量(IEC)时,溶胀性会相应增多,而杂化膜可提升抗溶胀性能,使膜在实际运用中的稳定性得到提升。另外,由于其离子交换特性,所从杂化离子膜在燃料电池、电化学分析、水处理包括扩散渗析、电渗析、超滤、纳滤等领域中逐渐受到重视。其中阳离子交换膜扩散渗析(diffusion dialysis, DD)处理碱性废水具有能耗低、可从连续操作、环境友好等优点,所从有独特的运用前景。聚乙烯醇(PVA)便宜易得,具有良好的柔韧性、成膜性能、亲水性、耐油脂和耐溶剂性能。因此本文制备了系列基于PVA的杂化阳离子交换膜,膜中无机组分的引入主要是通过烷氧基硅烷或者多硅共聚物的溶胶-凝胶(sol-gel)反应。对膜的结构、物化特性进行了考察并探讨了其扩散渗析运用性能。本文一共包括六章。第一章是绪论,对有机-无机杂化膜的分类、制备及运用作简要的简介,包括杂化阴离子膜、杂化阳离子膜和杂化膜,然后对膜的运用,特别是DD运用进行详细简介。最后提出本文的主要内容。由于四乙氧基硅烷(TEOS)是最常用来制备PVA-杂化膜的一种烷氧基硅烷,本论文在第二章中探讨了PVA与TEOS的交联成膜历程,为后继章节的探讨提供依据和指导。通过对TEOS的sol-gel反应的简单模拟,提出PVA/TEOS杂化膜的论述交联网络,包括Si-O-Si、Si-O-C和C-O-C等不同键联形式,也研究了这些网络形成历程极为对膜结构的影响。第三、四、五章均是使用合成的多硅共聚物制备PVA-杂化阳离子交换膜。多硅共聚物是通过不同的有机单体和γ-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)进行自由基共聚得到。其中第三章选用了马来酸酐(MA)作为有机单体,MA中的酸酐基团亲水性较低,也不会催化γ-MPS的水解-缩合,所从共聚历程不易产生凝胶。在随后的sol-gel反应期间,酸酐基团水解产生两个相邻的-COOH基团,以而提升了膜IEC值,为膜运用到DD历程回收NaOH/Na2WO4混合液中的NaOH提供了条件。此外,尽管IEC值增多,但膜的水含量随着多硅共聚物的增多而减小,说明膜抗溶胀性增多。由于-SO3Na是强离子交换基团,也有很高的亲水性,有利于和PVA水溶液的混合交联,所从第四章中选用苯乙烯磺酸钠(SSS)作为有机单体,和γ-MPS进行共聚得到多硅共聚物poly(SSS-co-γ-MPS),共聚历程顺利且无凝胶产生。共聚物与水有较好的兼容性,由此共聚物和PVA共混时可制备出透明均一的溶液,以而获得透明均一的杂化膜。膜的IEC值显著低于商业聚苯醚膜的相应数值,但是对OH-离子的扩散渗析系数(UOH)为0.010-0.011m/h,要远高于商业膜的数值。据此,提出了膜中离子迁移传递机理,并与膜结构进行关联,发现PVA-杂化离子膜具有不同于商业离子膜“三相”模型的独特结构。由于MA和SSS作为单体具有各自的特征和优势,第五章中使用MA和SSS与γ-MPS进行共聚得到三元共聚物poly(MA-co-SSS-co-γ-MPS),因此得到的PVA-杂化膜中兼具弱离子和强离子交换基团(-COOH和-SO3Na)。DD结果说明,20oC和40oC膜对OH-的渗析系数(UOH)分别为0.011-0.019m/h和0.021-0.031m/h,高于商业聚苯醚膜的相应数值(25oC为0.0014-0.0022m/h)。此外,也将膜的水含量、IEC、固定离子浓度与膜扩散渗析性能进行关联,发现了不同于前期报道的有趣规律,即水含量、IEC、固定离子浓度对膜的扩散渗析特性影响并不明显,相反的,膜主体的亲水性如何从及辅助官能基团(如-C-OH)的有着,对DD结果有重要影响。第六章是对全文的总结。通过前面的实验和论述分析,得出几点对PVA-杂化阳离子交换膜的制备和运用有作用的结论。关键词:聚乙烯醇(PVA)论文多硅共聚物论文四乙氧基硅烷(TEOS)论文马来酸酐(MA)论文苯乙烯磺酸钠(SSS)论文扩散渗析论文
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ABSTRACT7-10
致谢10-11
目录11-18
第一章 绪论18-26
1.1 有机-无机杂化离子膜的分类18-20
1.1 有机-无机杂化阴离子交换膜19
1.2 有机-无机杂化阳离子交换膜19
1.3 有机-无机杂化膜19-20
1.2 有机-无机杂化离子膜制备20-22
1.2.1 有机-无机杂化离子膜论文导读:
材料的选择20
1.2.2 有机-无机杂化离子膜的制备办法20-22
1.3 有机-无机杂化离子交换膜的运用与进展22-24
1.4 论文探讨的来源、作用和主要内容24-26
1.4.1 论文探讨工作的来源及探讨作用24
1.4.2 论文的主要探讨内容24-26
第二章 PVA/TEOS 杂化膜交联网络26-442.1 实验部分26-29
2.1.1 材料及仪器设备26-27
2.1.2 制备 PVA/TEOS 杂化膜27-28
2.1.3 膜的表征28-29
2.2 结果与讨论29-422.1 PVA 与 TEOS 的论述交联网络29-33
2.2.1.1 Si-O-C 与 Si-O-Si 不同的影响30-31
2.2.1.2 平面交联网络31-32
2.2.1.3 三维交联网络32-33
2.2.2 Si-O-Si 和 Si-O-C 的形成33-342.3 PVA 与 TEOS 之间的相容性34
2.4 膜的形貌34-36
2.5 膜结构36-37
2.6 热稳定性37-39
2.7 抗溶胀性39-40
2.8 抗碱性40-41
2.9 NaOH(UOH)渗析系数41
2.10 分离因子(S)41-42
2.3 本章小结42-44
第三章 羧酸型多硅共聚物-PVA 杂化膜的制备及 DD 运用44-583.1 实验部分45-47
3.1.1 材料及仪器设备45
3.1.2 多硅共聚物 poly(MA-co-γ-MPS)的制备45
3.1.3 阳离子杂化膜的制备45-46
3.1.4 膜性能表征办法46-47
3.2 结果与讨论47-573.
2.1 多硅共聚物和杂化膜的制备47-48
3.2.2 红外光谱(FTIR)48
3.2.3 杂化膜的断面形貌48-49
3.2.4 离子交换容量测量值(IECexp),水含量(WR),65oC 的溶胀性和碱中稳定性49-523.
2.5 杂化膜的热稳定性和机械强度52-53
3.2.6 扩散渗析(DD)性能53-57
3.2.6.1 OH-和 WO42-的渗析系数(UOH和 UWO4)53-56
3.2.6. 分离因子(S)56-57
3.3 本章小结57-58第四章 磺酸型多硅共聚物-PVA 杂化膜的制备及 DD 运用58-71
4.1 实验部分59-60
4.1.1 材料及仪器设备59
4.1.2 制备多硅共聚物 oly(SSS-co-γ-MPS)59-60
4.1.3 杂化膜的制备60
4.1.4 膜的表征60
4.2 结果与讨论60-694.
2.1 多硅共聚物的表征60-61
4.2.2 多硅共聚物对膜表观形貌的影响61-62
4.2.3 离子交换容量(IEC),水含量(WR)和 65oC 水溶胀性62-64
4.2.4 热稳定性和机械性能64-66
4.2.5 扩散渗析(DD)效果66-68
4.2.6 DD 性能与膜结构之间的关联68-69
4.3 本章小结69-71第五章 磺酸&羧酸型多硅共聚物-PVA 杂化膜的制备及 DD 运用71-89
5.1 实验部分71-74
5.1.1 材料及仪器设备71-72
5.1.2 多硅共聚物 poly(MA-co-SSS-co-γ-MPS)的制备72
5.1.3 杂化膜的制备72-73
5.1.4 膜表征73-74
5.2 结果与讨论74-875.
2.1 多硅共聚物和杂化膜的制备概述74
5.2.2 不同硅烷共聚物之间的对比74-76
5.2.3 FTIR 光谱76-77
5.2.4 杂化膜的断面形貌77-79
5.2.5 离子交换容量(IEC)和抗溶胀79-80
5.2.6 热稳定性80-82
5.2.7 机械性能82-83
5.2.8 膜电势(Em)和静态迁移数(t)83
5.2.9 扩散渗析(DD)性能83-86
5.2.9.1 OH-渗析系数(UOH)83-85
5.2.9.2 分离因子(S)85
5.2.9.3 2 0oC 测试时间对 DD 性能的影响85-86
5.2.10 DD 历程的机制86-87
5.3 本章小结87-89第六章 结论89-92
参考文献92-104
在读期间发表的学术论文及探讨成果104-106