鉀離子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、離子交換膜分離法是海水提鉀的方法之一,鉀離子篩具有與離子交換膜類似的結(jié)構(gòu)和功能,并且對K+有獨特選擇性,將二者結(jié)合到一起,不僅能克服鉀離子篩膜易碎、不耐用的缺點,還可以提高單純的離子交換膜對K+的選擇性。
　　 首先采用水熱合成法制備出對鉀離子具有特定記憶功能的離子篩,其對海水中鉀離子飽和交換容量高達56.96 mg/g。用硅烷偶聯(lián)劑KH-560對鉀離子篩進行表面改性?？疾炝伺悸?lián)劑用量和改性時間對改性效果的影響,利用XRD、SE

2、M、FT-IR以及熱重分析等方法對改性前、后的鉀離子篩進行了表征。結(jié)果表明,KH-560可以成功地接枝到鉀離子篩的表面,接枝率達1.25％;離子篩優(yōu)化的改性條件為偶聯(lián)劑與鉀離子篩質(zhì)量比2∶1,改性時間7 h。
　　 將鉀離子篩共混于成膜性良好的聚乙烯醇基體中,再以商品陽膜為基膜,制備出雜化改性的鉀離子交換膜。實驗中主要采用雙離子膜電位法作為表征手段,測定膜在CaCl2、KCl溶液中的膜電位,得到兩種離子的選擇透過系數(shù)T,根據(jù)T值

3、大小確定制膜條件。實驗詳細考察分散劑種類及用量對膜形貌的影響,以及離子篩含量、聚乙烯醇(PVA)濃度、交聯(lián)劑用量和交聯(lián)時間對膜性能的影響。最佳制膜條件:分散劑選擇聚丙烯酸,其與離子篩質(zhì)量比為0.4;離子篩含量14％;PVA濃度8.96％;戊二醛含量0.1％;交聯(lián)時間10 min。
　　 采用掃描電子顯微鏡(SEM)對膜表面和斷面進行表征,結(jié)果表明:改性后的膜表面鉀離子篩分散較均勻,部分嵌入商品膜表面孔洞,改性層基本可以將商品膜表

4、面及孔洞覆蓋住。接觸角實驗結(jié)果表明:改性膜的親水性明顯增強,接觸角較商品膜減小了78.1°。實驗針對改性前后陽離子交換膜各種相關(guān)性能進行測試和比較。結(jié)果顯示:改性膜的離子交換容量(IEC)和平衡含水率(fw)降低,膜電阻(R)增大,這可能是因為加入的PVA不含離子交換基團,使膜內(nèi)離子交換基團含量相對減少,再者PVA不導(dǎo)電,從而使膜電阻增大。
　　 對KCl/CaCl2、KCl/MgCl2、KCl/NaCl三組溶液分別進行電滲析實

5、驗,實驗結(jié)果表明:商品膜對各組溶液中的K+選擇性都不及改性膜,其中對KCl/NaCl溶液中的K+無選擇性。改性膜對各組溶液中的K+都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)先選擇性,分離因數(shù)最大值分別為αK+/Ca2+=154.89,αK+/Mg2+=137.94,αK+/Na+=5.00。與商品膜同一時間下分離因數(shù)的最大差值分別為:93.61,86.84和4.24?？梢?較之商品陽離子交換膜,改性膜對K+的選擇分離性能得到提高,這說明將鉀離子篩與陽離子交換膜相