摘要
近年来，扩散渗析因其低能耗，环境友好和无二次污染的优点备受关注。与其他膜分离过程类似，扩散渗析最重要的组分是离子交换膜。因此，适合的膜材料应具有优异的稳定性以及良好的离子渗透性和选择性，这对碱式扩散渗析过程来说是最重要的任务。在这项研究中，分别选择氢化丁腈橡胶（HNBR）作为膜基体材料，对苯乙烯磺酸钠（SSS）作为功能单体，偶氮二异丁腈（AIBN）作为引发剂，二乙烯基苯（DVB）作为交联剂，以制备用于碱式扩散渗析的复合膜。研究内容包括两个部分： 在第一部分中：将HNBR，SSS，AIBN和DVB溶解在于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，80℃下剧烈搅拌进行聚合反应3h，之后将具有不同质量比（与SSS的质量比）的DCP加入到体系中继续搅拌5min。然后将获得的混合液均匀浇铸在玻璃表面皿上，在60℃的加热板上干燥直至溶剂完全挥发。用平板硫化机对样品进行热压，并将热压条件控制在5MPa，5min。首先，在140℃下通过热压形成膜，然后将温度升至160℃进行硫化，最后获得一系列中等厚度的复合膜。通过对制备膜的基本性能和微观形貌的测试和表征，发现膜的含水量（WR）在92.0-213.2%的范围内，并且随着SSS添加量的增加而增加；离子交换容量（IEC）在2.02-2.88mmol/g范围内，与SSS含量相一致；通过耐碱性测试得出的溶胀度（W1）和质量损失率（W2）范围分别是68.6-204.2%和8.9-22.8%；拉伸强度（TS）在4.2-8.1MPa之间，断裂伸长率（Eb）在209.4-1947.2%之间；复合膜的断面SEM图显示，随着SSS含量的增加，两相之间的相容性变好。使用NaOH/Na2WO4混合体系进行制备膜的分离性能测试，氢氧根离子渗析系数（UOH）范围为0.0051-0.0158m/h，分离系数S范围为9.9-19.0。当DCP为0.003g时，膜的性能最佳，UOH为0.0085m/h，S为15.8。 在第二部分中，将磺酸功能化的介孔二氧化硅（MS-SO3H）引入体系中制备一系列有机-无机复合膜。首先通过溶胶-凝胶法合成介孔氧化硅，分别使用γ-巯丙基三乙氧基硅烷（KH-580）和过氧化氢（H2O2）作为改性剂和氧化剂。将获得的MS-SO3H以2%、4%、6%、8%和10%的质量比添加到流延溶液中（根据所有组分的添加量计算）。溶剂完全挥发并热压后得到一系列复合膜。耐碱性，微观结构和分离性能表征的测试结果表明，膜的含水量（WR）范围为137.4-143.7%，离子交换容量（IEC）范围为1.47-1.59mmol/g，溶胀度和质量损失率分别在112.1-148.0%，17.2-26.4%范围内；拉伸强度（TS）和断裂伸长率（Eb）范围分别为3.88-8.2MPa，226.9-566.6%。扩散渗析实验结果表明，MS-SO3H含量为6%膜的分离效果最佳，UOH为0.0096m/h，S为24.3。结果表明，MS-SO3H的引入可以有效提高膜的渗析系数与分离因子，这归因于介孔对离子的吸附能力以及-SO3H和SSS携带的-SO3-基团的协同作用，因此膜的分离性能明显提高。
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