磺化聚苯醚-介孔氧化硅雜化膜的制備及性能研究.pdf

1、與單一組分的有機膜和無機膜相比，介孔氧化硅與有機聚合物混合制備的有機-無機雜化膜結(jié)合了無機材料和有機高分子材料的優(yōu)點，具有良好的選擇性、柔韌性、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械強度等。本文首先合成了一定形貌的介孔氧化硅(MS)，通過溶液共混的方法分別將其與磺化聚苯醚(SPPO)混合制備了一系列有機-無機雜化膜。利用NaOH/Na2WO4混合體系的擴散滲析實驗模擬了膜的堿回收性能，研究了MS添加量對膜的機械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、微觀形貌及分離性能的

2、影響。本論文主要從以下兩個方面進行研究:
　　第一部分是鈉型磺化聚苯醚(Na-SPPO)與氨基修飾的介孔氧化硅（AMMS）雜化膜的制備及性能研究。首先利用模板法和溶膠-凝膠過程合成了AMMS，透射電鏡圖片(TEM)和N2吸附-脫附曲線的結(jié)果表明合成的AMMS具有均一的孔徑和高度有序的孔道，孔徑在5.5nm左右。利用溶液共混法將AMMS與Na-SPPO混合制備出一系列Na-SPPO/AMMS雜化膜，控制AMMS的添加量與Na-SPP

3、O的質(zhì)量比分別為0、2％、4％、6％、8％。測試了雜化膜的含水量、離子交換容量、耐堿性、機械及熱力學穩(wěn)定性、微觀形貌等性能，結(jié)果顯示膜的含水量在136.4％-193.6％之間，離子交換容量在2.13-2.32mmol之間，溶脹度在114.9％-186.2％之間，質(zhì)量損失率在17.1％-25.8％之間，拉伸強度(TS)在17.7MPa-21.9MPa之間，斷裂伸長率在7.5％-12％之間，初始分解溫度在(IDT)271.3℃-275.8℃

4、之間。利用NaOH/Na2WO4體系的擴散滲析實驗模擬了膜的堿回收性能，實驗結(jié)果表明AMMS的引入可以在一定程度上解決擴散滲析膜分離過程中離子通量與選擇性的“trade-off”:在25℃時，AMMS添加量為2％的雜化膜的氫氧根滲析系數(shù)(UOH)為0.0115m/h，分離因子為37.4，比純Na-SPPO的UOH增加了13.9％，同時分離因子(S)提高了34.1％。在55℃時，AMMS添加量為6％的雜化膜在UOH達到0.02m/h的同時

5、，S仍保持在31.7，而純Na-SPPO膜的S僅為11.6。其主要原因如下:1）AMMS的引入限制了SPPO鏈的流動性，減少了膜內(nèi)的空隙結(jié)構(gòu)從而限制了鎢酸根的通過;2）AMMS中的介孔結(jié)構(gòu)和-NH2增加了OH-的傳輸通道，促進了OH-傳遞的同時阻隔了WO42-的透過。
　　第二部分是氫型磺化聚苯醚(H-SPPO)與帶氨基介孔氧化硅（AMMS）雜化膜的制備及性能研究。通過溶液共混法將AMMS與H-SPPO直接混合制備出一系列H-SP

6、PO/AMMS雜化膜，設(shè)定的AMMS與H-SPPO的質(zhì)量比分別為0、2％、4％、6％、8％。測試了雜化膜的含水量、耐堿性、機械強度、熱學穩(wěn)定性以及微觀形貌，結(jié)果表明膜的含水量在36-42％之間，溶脹度在49.7％-60.5％之間，質(zhì)量損失率在8％-16.6％之間，拉伸強度在26MPa-31MPa之間，斷裂伸長率在10％-24％之間，初始分解溫度在255℃-262℃之間。利用NaOH/Na2WO4體系的擴散滲析實驗模擬了雜化膜的堿回收性能

7、，結(jié)果顯示當AMMS添加量為2％時，雜化膜表現(xiàn)出優(yōu)異的分離選擇性:在35℃時，分離因子(S)達到51.9，與純SPPO膜相比提高了17.7％;在55℃時，雜化膜OH-的滲析系數(shù)(UOH)為0.0115m/h，分離因子達到39.8，與純SPPO膜相比，UOH增加了5.5％，同時S增加了11.8％。這主要歸因于以下兩個方面:1）介孔氧化硅內(nèi)的介孔結(jié)構(gòu)可以促進水分子的傳遞;2）AMMS表面的氨基與H-SPPO中的磺酸基之間形成的酸堿對為OH-