膜法金屬電積工藝中陽離子交換膜的改性研究.pdf

1、解決金屬冶煉過程中廢氣、廢水的排放是該行業(yè)發(fā)展面臨的一個重要問題。隨著冶金資源的日益減少，如何在提高金屬提純技術(shù)的同時尋求一個環(huán)境友好、操作方便的工藝是需要研究新課題。新型膜法金屬電積工藝，即雙膜三室組件在電解中的應(yīng)用，解決了這個困擾已久的問題。陽離子交換膜作為雙膜三室組件的重要組成部分，不僅需要攔截氯離子的通過，有效降低氯氣的產(chǎn)生，還必須具備克服在高溫、強(qiáng)酸性、強(qiáng)氧化性條件下壽命短的能力，而市場上銷售的陽離子交換膜均達(dá)不到這些要求，因

2、此選擇合適的陽離子交換膜對其進(jìn)行改性處理，使其具備適應(yīng)這些要求的特性。
　　利用高分子導(dǎo)電聚合物聚苯胺改性陽離子交換膜，以陽離子交換膜為聚苯胺薄膜的載體，苯胺在質(zhì)子酸摻雜條件下在膜表面氧化聚合生成聚苯胺層，對改性后的陽離子交換膜進(jìn)行性能測試，及電滲析實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證氯離子的攔截率。實(shí)驗(yàn)包括：（1）對不同廠家生產(chǎn)的兩種陽膜進(jìn)行改性，在溫度20℃，聚合反應(yīng)時間10分鐘，氧化劑為氯化鐵，摻雜質(zhì)子酸為鹽酸，不同涂層次數(shù)條件下，對比其改性效果：IO

3、NSEP-HC-C的氯離子泄漏率在涂層次數(shù)為5層時為3.06％，比原膜降低了54.12%；Nafion117的氯離子泄漏率在涂層次數(shù)為5層時為2.6%，比原膜降低了降低了39.53%。最終選擇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定均一的全氟磺酸離子交換膜Nafion117為研究重點(diǎn)。（2）討論聚苯胺合成過程中溫度、聚合時間、氧化劑、摻雜質(zhì)子酸及聚苯胺的涂層數(shù)的改變對改性Nafion117膜性能的影響，結(jié)果表明改性陽離子交換膜的最佳聚苯胺合成條件是：溫度40℃，聚合反

4、應(yīng)時間30分鐘，氧化劑為過硫酸銨，摻雜質(zhì)子酸為鹽酸，改性層的涂層次數(shù)為3，對該改性后的膜進(jìn)行電滲析實(shí)驗(yàn)，測得氯離子泄漏率為1.26%，與Nafion117原膜相比降低了70.64%。（3）對Nafion117進(jìn)行有機(jī)-無機(jī)復(fù)合改性，無機(jī)改性采用二氧化硅無機(jī)材料對陽離子交換膜進(jìn)行摻混改性，以最佳改性條件改性之后的膜再以最佳合成聚苯胺條件進(jìn)行表面改性，因此，該改性方法是摻混改性與表面改性的結(jié)合，改性后的氯離子泄漏率為2.45%，與Nafio

5、n117原膜相比降低了43.02%，且對比發(fā)現(xiàn)三種改性膜的氯離子攔截效果的大小為：聚苯胺改性Nafion117?有機(jī)-無機(jī)復(fù)合改性Nafion117?無機(jī)二氧化硅改性Nafion117。（4）以雙膜三室組件實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行小試及現(xiàn)場中試，未對所使用的陽離子交換膜進(jìn)行改性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示IONSEP-HC-C可以減少82%~86%氯氣產(chǎn)生量，而Nafion117可以減少88%~93%氯氣產(chǎn)生量，因此雙膜三室組件在金屬冶煉過程中的應(yīng)用能夠做到有效降