改性聚丙烯酰胺-羧甲基纖維素雙極膜的制備及在電合成中的應(yīng)用.pdf

1、采用流延成型法，分別以FeCl3和戊二醛等對(duì)羧甲基纖維素(CMC)和聚丙烯酰胺(PAM)進(jìn)行改性，制備了改性聚丙烯酰胺/羧甲基纖維素雙極膜，即mPAM/mCMC雙極膜。對(duì)膠體進(jìn)行黏度測(cè)定，并對(duì)雙極膜運(yùn)用FTIR紅外光譜、掃描電鏡測(cè)定、熱重分析、膜的溶脹度測(cè)定及離子交換容量測(cè)定、黏度測(cè)定等手段進(jìn)行表征。 在超聲波槽中，以mPAM/mCMC雙極膜為電槽隔膜，MnSO4-H2SO4為電解液，電生成納米MnO2，繼而以MnO2/Mn2+

2、為氧化媒介電合成甘油醛。用X射線衍射、紅外光譜、掃描電鏡、透射電鏡等手段進(jìn)行表征，研究了電合成甘油醛的電化學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在超聲波下電生成的MnO2不附著生長(zhǎng)在電極上，而是以幾十納米到幾微米的顆粒懸浮在溶液中，與甘油進(jìn)行隨后的化學(xué)反應(yīng)，在電場(chǎng)的作用下，雙極膜中水離解產(chǎn)生H+和OH-，生成的H+及時(shí)傳輸入陰極室中可補(bǔ)充電生成甘油醛時(shí)H+的消耗，槽電壓穩(wěn)定。以mPAM/mCMC雙極膜為電槽隔膜時(shí)產(chǎn)率可達(dá)91.6％，電流效率為65.5％

3、。 以mPAM/mCMC雙極膜作為電解槽隔膜，應(yīng)用于雙成對(duì)電合成乙醛酸體系。極大提高了電流效率。雙極膜中水電離后生成的H+透過mCMC陽離子膜進(jìn)入陰極室中，補(bǔ)充了草酸電還原成乙醛酸過程中H+的消耗；OH-透過mPAM陰離子膜進(jìn)入陽極室中，與乙二醛電氧化成乙醛酸過程中產(chǎn)生的H+結(jié)合生成水，促使反應(yīng)正向進(jìn)行。以飽和草酸和0.1mol·L-1鹽酸的混合液作陰極液，以10％乙二醛和KBr的混合液作陽極液，石墨為電極，電流密度為30 mA

4、·cm-2，常溫下電解，陰極電流效率最大可達(dá)80.4％，陽極電流效率最大可達(dá)75.9％，電解電壓恒定在2.7 V左右。 雙極膜是近年來發(fā)展比較快的一種新型的離子交換膜，包括陽離子交換膜層、陰離子交換膜層及介于這兩膜之間的中間界面層，從實(shí)驗(yàn)室發(fā)展到工業(yè)領(lǐng)域后產(chǎn)生了重大的技術(shù)及商業(yè)影響，拓寬了離子交換膜的應(yīng)用領(lǐng)域，改變了傳統(tǒng)工業(yè)分離和制備過程，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。為解決化工、海洋、化工生物、環(huán)境等領(lǐng)域中的技術(shù)難題帶入新的生機(jī)和活力

5、，涵蓋了酸堿制備、海水淡化、工業(yè)污水處理、食品濃縮與分離、醫(yī)藥工業(yè)等行業(yè)，使得加工過程更“綠色”、高效，同時(shí)還有效地循環(huán)使用排出的污染物，變廢為寶。 有機(jī)電合成是以世界上最清潔的試劑電子作為試劑，通過反應(yīng)物在電極上電子的得失來實(shí)現(xiàn)有機(jī)化合物合成的一種新技術(shù)，具有較高的選擇性，環(huán)境污染小等優(yōu)越性，是有機(jī)合成重要的發(fā)展方向之一。 本碩士論文主要分為以下四個(gè)部分來闡述： 介紹了新型離子交換膜——雙極膜的研究現(xiàn)狀，及電合

6、成研究進(jìn)展。在雙極膜的研究方面，主要介紹了雙極膜解離水的基本原理、膜的制備、改性，及其在控制污染、酸堿工業(yè)、食品等領(lǐng)域的應(yīng)用。在電合成綜述中，介紹了電化學(xué)水處理技術(shù)和電化學(xué)有機(jī)合成技術(shù)。 第一章 改性聚丙烯酰胺/羧甲基纖維素雙極膜的制備與表征 采用流延成型法，采用流延成型法，分別以FeCl3和甲醛等對(duì)羧甲基纖維素(CMC)和聚丙烯酰胺(PAM)進(jìn)行改性，制備了mPAM/mCMC雙極膜。并用紅外光譜、掃描電鏡、熱重測(cè)定、

7、溶脹度測(cè)定、含水率測(cè)定、離子交換容量測(cè)定、黏度測(cè)定等手段對(duì)雙極膜進(jìn)行表征。 第二章 雙極膜隔膜槽中電生成納米MnO2及其在電氧化生成甘油醛中的應(yīng)用 超聲波振蕩下，在陽極將Mn2+氧化為細(xì)小的MnO2顆粒，繼而MnO2與甘油醛進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)生成甘油醛。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生成的MnO2顆粒不附著在電極面上，而是以幾十納米到幾微米的顆粒懸浮在溶液中。在超聲的震蕩下，該MnO2/Mn2+電對(duì)催化活性的選擇性高，具有較高的電流效率和產(chǎn)率

8、。MnO2/Mn2+電對(duì)作為反應(yīng)媒介，在電解槽中循環(huán)發(fā)生，為循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的工藝流程。電流密度33.3 mA/cm2，溫度75℃下反應(yīng)1.5 h，產(chǎn)率可達(dá)91.6％，電流效率為65.5％. 第三章 雙極膜在成對(duì)電解合成乙醛酸中的應(yīng)用 以mPAM/mCMC雙極膜作為電解槽隔膜，以飽和草酸和鹽酸的混合液作陰極液，以10％乙二醛和KBr的混合液作陽極液，利用陰極草酸的電還原反應(yīng)和陽極乙二醛的電氧化反應(yīng)分別在陰、陽極室內(nèi)同時(shí)