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、強酸性、強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不到這些要求，因

2、此選擇合適的陽離子交換膜對其進行改性處理，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行性能測試，及電滲析實驗驗證氯離子的攔截率。實驗包括：（1）對不同廠家生產(chǎn)的兩種陽膜進行改性，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。（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，對該改性后的膜進行電滲析實驗，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進行有機-無機復(fù)合改性，無機改性采用二氧化硅無機材料對陽離子交換膜進行摻混改性，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-無機復(fù)合改性Nafion117?無機二氧化硅改性Nafion117。（4）以雙膜三室組件實驗室進行小試及現(xiàn)場中試，未對所使用的陽離子交換膜進行改性，實驗結(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