膜法鈷電積工藝中陽離子交換膜的改性研究.pdf

1、膜法鈷電積工藝是由陰陽離子交換膜和電極所組成的雙膜三室鈷電積裝置,以解決在傳統(tǒng)鈷電積工藝中產(chǎn)生氯氣的問題,并提高鈷板質(zhì)量。重金屬廢水通常采用電解的方法進行處理,在使水質(zhì)達標的同時,回收金屬。而對于金屬離子的氯化物廢水,如含氯化鈷、氯化鎳等廢水,電解法雖然也能達到以上的目的,但會產(chǎn)生氯氣,污染環(huán)境,同時影響著回收金屬的質(zhì)量,采用膜法鈷電積工藝中的雙膜三室電解裝置可以很好的解決以上問題。無論是膜法鈷電積工藝還是氯化物重金屬廢水處理所采用的雙

2、膜三室電解槽,都要求陽離子交換膜具有高的陰離子阻擋率,并且由于中隔室和陽極室都為酸性溶液,要求陽離子交換膜也具有很好的耐酸性能。國內(nèi)離子交換膜研究起步較晚,尤其是均相膜的研制遠遠落后于美國、日本和德國等國家,由于技術(shù)壟斷,進口離子交換膜價格昂貴,既增加了生產(chǎn)成本,也阻礙了國內(nèi)離子交換膜的發(fā)展。本課題的研究內(nèi)容就是對現(xiàn)有陽離子交換膜進行改性,以提高其耐酸性能和對陰離子的阻擋率,使其可以很好的應(yīng)用于雙膜三室電解槽裝置,進行重金屬廢水的處理或

3、者金屬的電積,且希望通過這一研究,為雜化離子交換膜的制備提供一定的思路,為我國膜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。
　　陽離子交換膜的改性方法有表面改性和摻混改性,表面改性主要是借助電沉積、射線輻射、有機溶液涂覆和粒子轟擊等技術(shù)手段對離子交換膜進行處理,摻混改性是直接將改性添加劑投加到鑄膜溶液中,或者將膜浸泡在改性溶液中,通過浸融等使改性添加劑與基膜反應(yīng)結(jié)合。摻混改性常用來制備雜化離子交換膜或者用于改善膜的機械、抗腐蝕等性能,所采用的添加劑

4、目前主要為無機納米顆粒,因為其比表面積大,親水性好,通過摻混制備的雜化離子交換膜有著無機膜和有機膜無法比擬的優(yōu)勢。根據(jù)離子交換膜的制備及改性原理,結(jié)合本課題的研究背景,選用無機納米材料通過溶膠-凝膠技術(shù)的摻混改性法對陽離子交換膜進行改性。
　　選用Nafion117和IONSEP–HC兩種陽離子交換膜作為改性基膜,選用二氧化硅和二氧化鋯的前驅(qū)體正硅酸四乙酯和丙醇鋯(IV)為改性溶劑。通過調(diào)整乙醇的純度和膜在其中的浸泡時間來控制膜的

5、膨脹程度,調(diào)整膜在改性溶劑中的浸泡時間來控制膜對改性溶液的吸收量,調(diào)整水的含量來控制水解后二氧化硅和二氧化鋯顆粒的尺寸,確定了最佳改性條件。二氧化硅改性的Nafion117和IONSEP–HC膜在實驗條件下對氯離子的泄漏率較原膜分別降低了53.8％和32.4%,二氧化鋯改性的Nafion117和IONSEP–HC膜在實驗條件下對氯離子的泄漏率較原膜分別降低了45.4%和24.8%,其原因主要歸結(jié)于無機材料的加入使膜的機械性能得到改善,強