摘要
离子交换膜（简称：离子膜）作为电渗析技术的核心部件，随着应用环境变化，需要满足特定的工艺要求，如具备目标离子选择性、耐酸性、耐碱性或耐有机溶剂性能等。但目前对一价阴离子选择性膜的研究普遍存在膜面电阻较大，选择性不高等问题，限制了其应用进程。此外，聚合物骨架接枝两性侧链或者掺杂金属有机框架颗粒会对离子膜的相关性能产生影响。基于此，本论文主要围绕一价阴离子选择性离子膜的制备及应用探索展开。 （1）设计了系列MIm-PS和丁基咪唑修饰的双侧链咪唑功能化聚苯醚两性离子膜（AIEM）。研究表明，优化后的两性离子膜的面电阻为4.80Ω·cm2。在2.5mA·cm–2的电流密度下，通过在0.05MNaCl/Na2SO4二元混合溶液以及0.05MNaCl或0.05MNa2SO4单一溶液中分别进行电渗析测试，验证了两性离子膜的渗透选择性，其值分别为16.12和55.50。这主要是由于荷负电磺酸基团对不同荷电量Cl–和SO42–的排斥力差异强化了Cl–/SO42–的分离。 （2）设计了基于2IM-nC交联装饰PPO（AIEM-nC）的一系列两性离子膜，用于电渗析应用中的Cl?/SO42?离子分离。测试了电渗析过程中二元混合物离子浓度的变化，以验证AIEM的渗透选择性。在电流密度为2.5mA·cm–2和5.0mA·cm–2时，具有长烷基链交联剂的两性离子膜的PSCO42-l-值分别为20.41和22.51，比相同条件下具有短烷基链交联剂的两性离子膜的PSCO42-l-大得多。同时，大大优于商业单价阴离子选择性膜NeoseptaACS（5.27）。带负电荷的磺酸基团和具有亲疏水结构的交联剂对Cl?/SO42?离子的高分离性能有很大贡献。 （3）制备了系列MOFs掺杂修饰的咪唑功能化聚芳醚砜离子膜。对于电渗析过程的一价离子选择性应用，在2.5mA·cm–2的电流密度下，PAES-UIO-66-Pyr的离子选择性（Cl–/SO42–）最高达到54.26。并且，PAES-UIO-66-Py（Pyr）的一价离子选择性（NO3–/SO42–）分别可以达到55.90和51.30。这是因为MOFs颗粒的引入使离子膜基体中存在固定尺寸的通道结构。而这样特殊的通道和原本聚芳醚砜聚合物的亲疏水差异组成复合通道有助于提高一价离子（Cl–/SO42–、NO3–/SO42–）的分离性能。
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