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膜材料国内外研究现状及发展趋势 第2页

更新时间:2016-11-9:  来源:毕业论文

后来,美国和日本又相继发展了均相离子交换膜及其制备方法。均相离子交换膜具有优异的电化学性能,在各个应用领域中逐渐取代了非均相膜。离子交换膜中的交换基团较稳定, 膜能耐化学腐蚀以及对物质透过有高度的选择性, 这就决定了它在化学反应分离工程中能被广泛地应用。
离子交换膜可分为均相膜和非均相膜两类,它们可以采用高分子的加工成型方法制造。
1)均相膜:先用高分子材料如丁苯橡胶、纤文素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等制成膜,然后引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等,在膜内聚合成高分子,再通过化学反应,引入所需的功能基团。均相膜也可以通过单体如甲醛、苯酚、苯酚磺酸等直接聚合得到。
2)非均相膜:用粒度为200~400目的离子交换树脂和寻常成膜性高分子材料,如聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、氟橡胶等充分混合后加工成膜。
目前国外对离子交换膜的研究较多,一方面是对膜性能进行改进,另一方面是研制具有专门用途的离子交换膜。美国杜邦公司研制的Nation系列膜与日本旭化成公司开的ACIPLEXF系列膜及日本旭硝子公司研制的Flemion系列膜具有耐强碱、低电耗的特点。
离子交换膜的最基本性能是对不同性质的离子具有选择性透过性,关于离子交换膜的选择透过性,通常用双电层理论或Donnan膜平衡理论来加以解释。
1)双电层理论
以阳膜为例,双电层理论认为膜中的活性集团在电离之后带有电荷,在固定基团附近与电解质溶液中带有相反电荷的离子形成双电层。此时固定集团构成足够强的负电荷,使膜外溶液中带正电荷的离子容易被吸入空隙中透过阳膜,而排斥带负电荷的离子,使之不能进入,透过阳膜。阴膜的情况正好相反。
2)Donnan膜平衡理论
Donnan膜平衡理论认为,当离子交换膜浸入电解质溶液中时,电解质溶液中的离子与膜内离子发生交换作用,最后达到平衡,构成平衡体系。溶液中与膜内固定离子符号相反的反离子容易进入膜内,而同性离子不容易进入膜内,所以离子交换膜对反离子具有选择性透过性。印度海洋生态环境保护政策及法律特点
1.2.2 离子液体/水界面电化学的最新进展
离子液体是指全部由离子组成的液体,如高温下的KCl、KOH呈液体状态,此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质,称为室温离子液体。离子液体作为一种环境友好型溶剂和催化体系,具有可以忽略的蒸汽压、宽的液态范围、高的离子浓度等,被广泛应用于电化学、催化、分离、有机合成等领域。在离子液体的应用中,疏水性离子液体/水界面的电荷转移反应在萃取和电分析化学方面有巨大的潜力。自从2002年Quinn等第一次报道了利用电化学研究离子液体/水界面以来,Kakiuchi和Samec等在这方面做了大量的研究。由于离子液体的粘度很大,导致了进行电化学分析时的欧姆降非常大,离子液体/水的研究主要集中在微量移液管管口的形成的微孔液/液界面,利用循环伏安法研究简单离子、加速离子、电子在离子液体/水界面的转移。为了进一步的克服了双电层充电电流及IR降给实验带来的误差,Samec等研究了微孔滤膜支撑的离子液体/水上的离子转移,Arrign等研究了二氧化硅微孔膜支撑的离子液体/水界面的离子转移,Kakiuchi等还对离子液体/水界面的结构、相界面电势、电毛细现象、张力等做了详细的研究。
离子液体作为新型的有机合成反应介质和催化剂的报道是在20世纪80年代,WilkesJ.S.等首次报道了含氯化铝的离子液体1-丁基吡啶盐和N-乙基-Nˊ-甲基咪唑盐,并用于Friedel-Crafts 酰化反应,卤化磷熔盐被成功地用于芳烃亲核取代反应。Chauvin 和Wilkes 等人于1990年首次报道了离子液体用于作均相过渡金属催化剂的溶剂。1992年Wilkes领导的研究小组[1]合成出低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体(bmim[BF4]),这种离子液体在过渡金属催化方面有很好的应用前景。1996年, Bonhote 等人首次报道了含N(CF3SO2)2-的咪唑离子液体。2000年Visser A.E.等首次报道了含异喹啉类阳离子的离子液体。2003年,Bao等报道了从天然氨基酸中制备出稳定的手性咪唑阳离子。2005年Bicak等[2]报道了一种新型离子液体—2-羟基乙胺甲酸盐.向功能化体系迈进,离子液体的制备与应用技术研究进入了一个崭新的发展时代,它作为一种新型的绿色有机溶剂在有机合成、有机化学催化、无机化学合成、电化学、绿色化学和分离过程等领域显示出良好的前景。
作为绿色替代溶剂, 离子液体正受到化学界各个方面的关注。它在烷基化、氢化、酯化、聚合等反应中的应用[1-5]和在化学反应及分离技术中所展现的清洁、友好的独特魅力,使离子液体这一新的绿色溶剂替代技术成为发展清洁合成的重要途径[6-8]。
近几年来,不断有新的离子液体出现。离子液体之所以能够作为有机反应替代溶剂,是因为它们具有独到的常规溶液所不能比拟的优点[15]:(1)蒸气压极小;(2)对无机和有机材料表现出良好的溶解能力;本文来自辣/文(论*文?网,毕业论文 www.751com.cn(3)不挥发、不可燃、毒性小;(4)可以通过改变组成比例调节Lewis酸性和其它物理化学性质;(5)导电性好,具有较宽的电化学窗口[16]。
由于电化学反应通常在常温常压下进行,毒性和危害性都比传统有机合成要小,电化学过程也是清洁技术的重要组成部分。因此,在全球环境问题日益严峻的今天,电化学及其技术将显示其重要作用。本文就离子液体这一新型的反应介质在电化学中的应用加以介绍

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