离子交换膜选择透过机理研究及指导的膜改性方法

The different function of polymeric membrane is the core of membrane separation technology. Ion exchange membrane, which has special permselectivity only to ionic material, is widely applied in the water treatment. Because the permselectivity of commercial ion exchange membrane is low, it is difficult to be used in many cases and achieve the ideal effect. The mechanism of ion exchange membrane was explained by the theory of "meal south balance" for a long time, but a new research showed that there are obvious defects in the theory of "meal south balance". It is necessary to further study on the mechanism of ion exchange membrane. It is not ideal, using conventional method, to improve the selectivity of Ion exchange membrane, the reason is that the of permselectivity of ion exchange membrane and ion migration pathway in the membrane are not explored deeply, and membrane modification is not guided by the theory .This applying project will study the permselectivity mechanism of ion exchange membrane, establish the theory of "membrane potential rejecting - pore channel closed" and the theory of "hole transmission" through the experiment of ions migration pathways in the membrane. Under the guidance of membrane theoretical research, find the technology route of membrane modification, and improve the permselectivity of ion exchange membrane by doping intramembrane ,coating coated on the surface of membrane and inlaying silica granule. Obtained the selective modification of membrane.

膜分离技术的核心是具有不同分离功能的高分子膜，离子交换膜具有对离子类物质特殊选择透过性被大量应用。由于商品离子交换膜的选择透过性较低，因而很多使用场合受到限制，难以取得理想的使用效果。 离子交换膜的选择透过性机理的早期解释以"顿南平衡"理论为主，但新的研究表明该理论解释离子交换膜的选择透过性存在明显的缺陷，有必要进行更深入的膜作用机理研究。 常规提高离子膜选择性的改性效果并不理想，原因在于对离子交换膜的选择透过性及离子在膜内的迁移途径研究不够透彻，未能从理论上指导膜改性工作。本申请项目将深入研究离子膜的选择透过性机理，建立完整的"膜电位排斥--孔道封闭"理论，通过实验研究离子在膜内的迁移途径，建立"空穴传递"理论。在膜理论研究的指导下，确定以提高膜选择透过性为目标的膜改性技术路线，并通过膜内掺杂膜表面涂覆及二氧化硅颗粒镶嵌不同方案进行改性实验，获得高选择性改性膜。

项目背景.膜分离技术的核心是具有不同分离功能的高分子膜，离子交换膜是其中重要的一种。离子交换膜的选择透过机理研究尚不深入，存在明显的缺陷，有必要进行更深入的膜作用机理研究。.完成的主要成果.项目主要研究测试了离子膜膜面电位的极性、大小与作用范围，确定了外加电压、溶液浓度对膜面电位大小的影响，证实了膜电位是造成膜的选择透过性的根本原因，而膜面大孔径微孔是造成离子泄漏的主要原因。研究针对离子膜的选择透过机理，建立了完整的“膜电位排斥——孔道封闭——空穴传递”理论。.在项目建立的膜机理的指导下，项目研究了PVDF膜的制备方法，通过增加膜的交换容量达到了提高膜选择透过性的目的。项目针对膜面离子泄漏采用了溶液浸泡，等离子体接枝的方式减小了膜孔径，从另一方面提高离子膜的选择透过性。.项目成果主要为发表科技论文15篇，其中SCI 2篇，EI 2篇，申请专利4项，其中授权国际发明专利3项，国内发明专利4项。.关键数据.项目实验证实，离子交换膜表面存在几十毫伏的流动电位，其作用范围约在几十微米。通过新的膜材料和制膜工艺制成的PVDF膜可提高离子交换容量0.2 meq/g，可提高选择透过性1%~2%，通过减小膜孔径的改性方式可提高选择透过性1%。