離子交換膜的制備與應(yīng)用技術(shù)

前言

離子交換膜是離子交換樹脂的膜狀物，也是在我國最早開展研究的膜品種之一，雖歷經(jīng)百年發(fā)展其技術(shù)門類仍在翻新，其應(yīng)用領(lǐng)域也伴隨著新技術(shù)門類的涌現(xiàn)而在不斷拓展。由于離子交換膜獨特的離子選擇遷移功能和離子交換復(fù)合膜(雙極膜)的水解離功能，以離子交換膜為基礎(chǔ)的電滲析技術(shù)已經(jīng)在食品加工、化工合成、環(huán)境保護等領(lǐng)域占據(jù)了不可或缺的地位，而且會在清潔生產(chǎn)/分離和可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用。本書側(cè)重于離子交換膜及其電滲析技術(shù)的基本概念、操作和理論的介紹，重點以編者所在課題組近年來在電膜的研究成果以及近年來涌現(xiàn)的大量應(yīng)用實例來體現(xiàn)電滲析技術(shù)的特點和應(yīng)用價值。在編著過程中注重新穎性、系統(tǒng)性，突出應(yīng)用性的特點。全書共分八章、三個附錄。第1章介紹電膜基礎(chǔ)及其涉及的相關(guān)過程；第2章和第3章分別介紹單極膜和雙極膜的制備和表征；第4章介紹電滲析基礎(chǔ)理論和膜堆設(shè)計的基本原則；第5章和第6章分別介紹傳統(tǒng)電滲析技術(shù)和雙極膜電滲析技術(shù)的應(yīng)用；第7章介紹電滲析的集成過程，這一章既是對電滲析技術(shù)門類進行總結(jié)也是為電滲析技術(shù)的靈活運用提供指導(dǎo)；第8章對電膜研發(fā)和應(yīng)用提出了展望。為了便于查閱，本書還收編了電膜技術(shù)術(shù)語、商品離子交換膜性能和電滲析器規(guī)格等三個附錄。本書編著過程中，參考了國內(nèi)外文獻的相關(guān)研究工作，在此對作者的原創(chuàng)性貢獻表示感謝。最后感謝國家自然科學(xué)基金(No.20636050，20576130，20376079)的資助。由于時間和水平有限，書中難免有疏漏和欠妥之處，敬請讀者指正。

內(nèi)容概要

　　《離子交換膜的制備與應(yīng)用技術(shù)》側(cè)重于離子交換膜及其電滲析技術(shù)的基本概念、操作和理論的介紹。在編著過程中注重新穎性、系統(tǒng)性，突出應(yīng)用性的特點。全書共分八章、三個附錄。第l章介紹電膜基礎(chǔ)及其涉及的相關(guān)過程；第2章和第3章分別介紹單極膜和雙極膜的制備和表征；第4章介紹電滲析基礎(chǔ)理論和膜堆設(shè)計的基本原則；第5章和第6章分別介紹傳統(tǒng)電滲析技術(shù)和雙極膜電滲析技術(shù)的應(yīng)用；第7章介紹電滲析的集成過程，本章既是對電滲析技術(shù)門類進行總結(jié)也是為電滲析技術(shù)的靈活運用提供指導(dǎo)；第8章對電膜研發(fā)和應(yīng)用提出了展望。為了便于查閱，《離子交換膜的制備與應(yīng)用技術(shù)》還收編了電膜技術(shù)術(shù)語、商品離子交換膜性能和電滲析器規(guī)格等三個附錄。　　《離子交換膜的制備與應(yīng)用技術(shù)》適合于從事膜技術(shù)研究和應(yīng)用的科研工作者，也可供相關(guān)專業(yè)院校師生參考。

書籍目錄

第1章 離子交換膜及其相關(guān)過程1.1 離子交換膜的定義、結(jié)構(gòu)與分類1.2　離子交換膜發(fā)展的歷史回顧1.3　離子交換膜基過程1.3.1 電滲析1.3.2　雙極膜電滲析1.3.3 倒極電滲析（EDR）1.3.4 電去離子技術(shù)（EDI）1.3.5　液膜電滲析1.3.6 電解電滲析1.3.7 電離子置換（EIS）1.3.8 電離子注射提?。‥IIE）1.3.9　離子交換膜濃差滲析1.3.10　其他參考文獻第2章 離子交換膜的制備和表征2.1 引言2.2 非均相離子交換膜的制備方法2.3　半均相離子交換膜的制備方法2.4 均相離子交換膜的制備方法2.4.1 單體的聚合或縮聚2.4.2　在基膜上引入功能基團2.4.3 溶液澆鑄法制備離子交換膜2.4.4　不使用氯甲醚的均相陰離子膜路線2.5　雜化離子交換膜2.5.1　雜化陽離子交換膜2.5.2　雜化陰離子交換膜2.6 特殊離子交換膜的制備2.6.1　一、二價離子選擇性膜2.6.2　抗污染陰膜2.6.3　耐堿性陰膜2.6.4　全氟磺酸膜2.6.5　光敏離子交換膜2.6.6　溫敏離子交換膜2.7　離子交換膜的主要性能表征2.7.1 離子交換膜的結(jié)構(gòu)和主要性能要求2.7.2 離子交換膜的常規(guī)性能2.7.3　離子交換膜的導(dǎo)電性能2.7.4　離子交換膜的傳質(zhì)特性2.7.5　選擇透過系數(shù)2.7.6 壓差滲透系數(shù)和膜平均孔徑2.7.7 水的滲透2.7.8 流動電位2.7.9 離子交換膜性能之間的依存關(guān)系參考文獻第3章 雙極膜的制備與表征3.1 引言3.2　雙極膜的制備3.2.1 雙極膜的材料和組成3.2.2　界面區(qū)域（接合區(qū)域或雙極膜的中問層）3.2.3　催化劑3.2.4　雙極膜制備工藝3.2.5　雙極膜制備示例3.3　雙極膜的表征3.3.1 電流電壓曲線3.3.2 阻抗譜3.3.3 膜電勢3.3.4　計時電勢3.3.5　與過程相關(guān)的表征參考文獻第4章 電滲析基礎(chǔ)理論和膜堆設(shè)計4.1 電滲析中的物種傳質(zhì)行為4.1.1　物種存在形式4.1.2　傳質(zhì)推動力和傳質(zhì)類型4.1.3　離子競爭傳質(zhì)4.2　電滲析傳質(zhì)模型4.3　濃差極化4.3.1　濃差極化概念4.3.2　極限電流密度公式4.3.3　極限電流密度的測定4.3.4　濃差極化對電滲析的影響4.3.5　極化的防治4.4　能耗和效率分析4.4.1 電解質(zhì)和水分離的最低能耗4.4.2 電滲析過程能耗……第5章　傳統(tǒng)電滲析技術(shù)的應(yīng)用第6章　雙極膜電滲析與應(yīng)用第7章　以電滲析為基礎(chǔ)的集成分離過程第8章　離子交換膜基過程的發(fā)展與展望附錄

章節(jié)摘錄

插圖：第2章 離子交換膜的制備和表征2.1 引言離子交換膜與離子交換樹脂具有相同的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，但在制備方法上，因為離子交換膜既包括樹脂的合成過程又有膜的成膜過程，所以離子交換膜的制備方法較為復(fù)雜。除參照離子交換樹脂制備外，一些非荷電膜的成膜方法對于離子交換膜也適用。通常離子交換膜的制備包括三個主要過程：①基膜制備；②引進交聯(lián)結(jié)構(gòu)；③引入功能基團。至于制膜的途徑也主要是下述的三種之一：①先成膜后導(dǎo)人活性基團；②先導(dǎo)入活性基團再成膜；③成膜與導(dǎo)入活性基團同時進行。上述的三條路線會因具體的工藝不同而不同，特別是對于前兩種方法涉及基膜的制備或者利用荷電材料來成膜，所采用的具體方法同一般的非荷電膜，可參見有關(guān)專著。以下根據(jù)不同的具體情況予以介紹。2.2 非均相離子交換膜的制備方法與均相離子交換膜不同，非均相離子交換膜是指膜主體相和固定基團不以化學(xué)鍵結(jié)合，這類膜一般電化學(xué)性能不好，但由于價格便宜，在初級水處理中應(yīng)用較廣。其制備方法一般遵循以下幾條路線。熱壓法：離子交換樹脂粉與惰性聚合物黏結(jié)劑混合，然后在適當?shù)膲毫途酆衔镘浕瘻囟雀浇鼰釅撼尚?。熔融擠出法：離子交換樹脂粉與惰性聚合物黏結(jié)劑混合，通過加入塑化劑或者加熱使其成為半流動狀態(tài)，然后擠出成膜。流涎法：樹脂粉與聚合物溶液混合然后利用常規(guī)的流涎方法通過蒸發(fā)溶劑成膜。流涎聚合法：離子交換樹脂分散在部分聚合的聚合物溶液中流涎成膜然后再進行后聚合。目前，市場上的異相膜主要采用熱壓成型法，詳細步驟同塑料加工基本一樣。先將粉狀（

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