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(jī)膜和無(wú)機(jī)膜相比，介孔氧化硅與有機(jī)聚合物混合制備的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜結(jié)合了無(wú)機(jī)材料和有機(jī)高分子材料的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的選擇性、柔韌性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等。本文首先合成了一定形貌的介孔氧化硅(MS)，通過(guò)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(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜。利用NaOH/Na2WO4混合體系的擴(kuò)散滲析實(shí)驗(yàn)?zāi)M了膜的堿回收性能，研究了MS添加量對(duì)膜的機(jī)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(gè)方面進(jìn)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(guò)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(cè)試了雜化膜的含水量、離子交換容量、耐堿性、機(jī)械及熱力學(xué)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(qiáng)度(TS)在17.7MPa-21.9MPa之間，斷裂伸長(zhǎng)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(kuò)散滲析實(shí)驗(yàn)?zāi)M了膜的堿回收性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明AMMS的引入可以在一定程度上解決擴(kuò)散滲析膜分離過(guò)程中離子通量與選擇性的“trade-off”:在25℃時(shí)，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(shí)分離因子(S)提高了34.1％。在55℃時(shí)，AMMS添加量為6％的雜化膜在UOH達(dá)到0.02m/h的同時(shí)

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(dòng)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(guò);2）AMMS中的介孔結(jié)構(gòu)和-NH2增加了OH-的傳輸通道，促進(jìn)了OH-傳遞的同時(shí)阻隔了WO42-的透過(guò)。
　　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(guò)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(cè)試了雜化膜的含水量、耐堿性、機(jī)械強(qiáng)度、熱學(xué)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(qiáng)度在26MPa-31MPa之間，斷裂伸長(zhǎng)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(kuò)散滲析實(shí)驗(yàn)?zāi)M了雜化膜的堿回收性能

7、，結(jié)果顯示當(dāng)AMMS添加量為2％時(shí)，雜化膜表現(xiàn)出優(yōu)異的分離選擇性:在35℃時(shí)，分離因子(S)達(dá)到51.9，與純SPPO膜相比提高了17.7％;在55℃時(shí)，雜化膜OH-的滲析系數(shù)(UOH)為0.0115m/h，分離因子達(dá)到39.8，與純SPPO膜相比，UOH增加了5.5％，同時(shí)S增加了11.8％。這主要?dú)w因于以下兩個(gè)方面:1）介孔氧化硅內(nèi)的介孔結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)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(duì)為OH-