全氟磺酸离子交换膜应用于电化学中的研究
北京化工大学
硕士学位论文
全氟磺酸离子交换膜应用于电化学中的研究
姓名：王建民
申请学位级别：硕士
专业：材料学
指导教师：李培金
20090531
全氟离子交换膜材料
山东东岳集团成功攻克氢燃料电池生产的重大瓶颈——磺酸树脂离子膜技术，中国由此成为世界第二个拥有该项技术和产业化能力的国家。 2006年3月19日，“东岳”承担的国家863计划“全氟离子交换膜材料研究”课题，经过3年艰苦攻关，通过了专家验收。项目负责人张永明与张恒，一个是上海交通大学的博士生导师、业内知名专家，一个只是自学成才的企业技术负责人。可是在张永明眼中，缺了张恒，离子膜项目不会成功。 全氟磺酰单体的生产是全氟离子交换膜生产过程中的重要一环。东岳集团神舟新材料有限公司副总经理高洪光说：“在这个全氟磺酰单体的生产过程中，张恒根据他多年的经验，以及查阅大量的资料，自行设计、自行画图、安装，攻克了磺酰单体这个重要的设备，才使下面我们有了高纯的单体，做出了好的树脂。如果说没有这一步，那么离子膜的成功是不可能的。因为国外只出售给中国全氟磺酸树脂，不出售生产全氟磺酸树脂的原料，所以没有这个设备，就没有这个原料的生产，也就谈不上全氟磺酸树脂的生产成功。” 为了氯碱产业的“中国心”东岳全氟离子膜产业化历程 日期：2010-08-20 中国是当今世界氯碱产能第一大国，但全球第一的光环并不能掩饰中国氯碱人的一块心病。 离子膜电解法是目前最先进的氯碱生产工艺，离子膜电解槽是氯碱工业的核心装置，而其中发挥关键作用的是安装在电解槽上的全氟磺酸羧酸离子膜（简称全氟离子膜）。这张薄如蝉翼的离子膜被认为是氯碱装置的“心脏”。一直以来，全氟离子膜生产技术被美国和日本垄断，中国氯碱装置安装的只能是洋“心脏”。从“六五”时期起，我国一代代化工人开始了漫长的离子膜国产化征程。 全氟离子膜，这枚化学工业“皇冠上的明珠”，曾是共和国几任化工部长、几代化工人未偿的夙愿。 全氟离子膜，这张含金量极高的薄膜，曾经阻滞了多少氯碱人自主自强、实现完全国产化的脚步。 直到2010年6月30日，一个民营科技化工企业——山东东岳集团100％国产化的全氟离子膜，在万吨级氯碱装置上一次通电成功。从此，中国氯碱行业终于有了“中国心”！ 一次偶然的相遇开创了一段艰辛的探索 东岳集团与离子膜结缘始于一个偶然。2003年，在杭州的一次会议上，东岳集团总裁
全氟膜的安全操作和使用(中文)
全氟膜的安全操作和使用（中文） 介绍 编写该手册的目的是为了给杜邦全氟膜的安全操作和使用提供指导。在全氟膜用于高温环境以前应该审核完所有的内容。对于一般条件下的氟聚合树脂的使用，可参照塑胶产业协会出版的“含氟聚合物安全操作指南”。 全氟膜是由四氟乙烯和含磺酸基团的单体组聚合而成。其安全因素主要取决于热量和聚合物氧化分解的产物。 全氟膜以碳氟为主链，其全氟侧链上包含着一个磺酸基团。其化学结构如下： 聚四氟乙烯相似的结构如下： 全氟膜相对于聚四氟乙烯有着特别的化学稳定性和热力学稳定性。聚四氟乙烯是疏水性最强的物质之一，而全氟膜是亲水性最强的物质之一。即使在室温下，它们也能迅速的吸收水和一些极性有机物，其总量大小取决于磺酸基团的数量。聚四氟乙烯具有化学惰性，全氟膜是强高分子酸，它能和有机碱以及无机碱发生反应。而聚合物上的磺酸基团基本稳固在含氟聚合物有机质上。因此，膜可以接触皮肤而不会造成刺激。 由于全氟膜技术的发展，几千米长的膜已经被用于许多领域。在此期间，并没有由于操作或者暴露产品而造成伤害的案例。 摄入 全氟膜中的全氟磺酸聚合物被口服时表现出非常低的毒性。半致死量超过20000mg/kg相对于人体体重。
皮肤接触 用兔子测试时，全氟膜中的全氟磺酸共聚物对皮肤没有刺激。该实验设计是为了确定这些材料的皮肤刺激性和致敏性，同样也在志愿者身上进行。结果表明，对于非服装业的膜的正常使用预期不会有不寻常的皮炎危害。然而，对于部分个体，长时间的接触可能会对皮肤有刺激。 高温下的全氟膜 几乎无一例外，在高温环境中，这些物质分解时有烟气产生，好比全氟磺酸，四氟乙烯和其他塑料，从健康和安全的角度来说，这些烟气是很令人讨厌的。然而，四氟磺酸和其他含氟聚合物在高温时比其他大多数热溯性塑料更耐分解。 在无水环境中全氟膜的最高持续操作温度为175℃。在含水或有机溶剂中，最高温度更高，比如，已经证实在含水系统220到240℃时，全氟膜可稳定数日。聚合物烟热 暴露于全氟膜热分解产物中可能造成暂时的类似于感冒的症状。这种症状在几小时内一般不会产生，而且产生后的24到48小时就会消退，甚至不需要治疗。观察表明，对于其他聚四氟乙烯这种疾病发作并没有持续效果，而且效果不会累积。这种疾病在暴露在烟气中会发作，而烟气来自处于250℃以上高温的聚合物，或者来自于吸烟，或者来自于被聚合物污染的烟草。 热分解产物 全氟磺酸聚合物的废水的组成是用杜邦公司标准的热敏废水红外分析设备，在下列条件下测定的：空气环境下，流速13ml/min，取样0.5g。样品在不锈钢管中先以10℃/min的速度加热到200℃,再以20℃/min的速度升到400℃，放置20分钟，总共运行时间大约75分钟。结果如下所示： 全氟磺酸聚合物的分解产物 组分转变温度℃每克样品中含量/mg SO2 280 15 CO2 300 30 HF 400 -* CO 400 3 RfCOF 400 10** COF2 400 3 COS 400 微量
全氟离子交换膜项目可行性研究报告
全氟离子交换膜项目可行性研究报告 泓域咨询丨规划设计·投资分析
第一章项目绪论 一、项目名称及建设单位 （一）项目名称 全氟离子交换膜项目 （二）项目建设单位 某某有限公司 二、项目拟建地址及用地指标 （一）项目拟建地址 该项目选址在某某工业园区。 （二）项目用地性质及用地规模 1、该项目计划在某某工业园区建设，用地性质为工业用地。 2、项目拟定建设区域属于工业项目建设占地规划区，建设区总用地面积110000.6 平方米（折合约165.0 亩），代征地面积990.0 平方米，净用地面积109010.6 平方米（折合约163.5 亩），土地综合利用率100.0%；项目建设遵循“合理和集约用地”的原则，按照全氟离子交换膜行业生产规范和要求进行科学设计、合理布
局，符合全氟离子交换膜制造和经营的规划建设需要。 （三）项目用地控制指标 1、该项目实际用地面积109010.6 平方米，建筑物基底占地面积74781.3 平方米，计容建筑面积123073.0 平方米，其中：规划建设生产车间100071.8 平方米，仓储设施面积13735.3 平方米（其中：原辅材料库房8284.8 平方米，成品仓库5450.5 平方米），办公用房4796.4 平方米，职工宿舍2725.3 平方米，其他建筑面积（含部分公用工程和辅助工程）1744.2 平方米；绿化面积7194.7 平方米，场区道路及场地占地面积27034.6 平方米，土地综合利用面积109010.6 平方米；土地综合利用率100.0%。 2、该工程规划建筑系数68.6%，建筑容积率1.1 ，绿化覆盖率6.6%，办公及生活用地所占比重5.2%，固定资产投资强度3226.5 万元/公顷，场区土地综合利用率100.0%；根据测算，该项目建设完全符合《工业项目建设用地控制指标》（国土资发【2008】24号）文件规定的具体要求。 三、项目建设的理由 随着国务院常务会议审议通过《中国制造2025》，中国制造
全氟磺酸树脂Nafion_NR50溶液的制备
第18卷第10期2001年10月应用化学 CHIN ESE J O U RN A L O F AP PL IED CHEM IS T RY V o l.18N o.10O ct.2001 全氟磺酸树脂Nafion R ○NR50溶液的制备 王 海 王建武 徐柏庆* 邱显清 (清华大学化学系,一碳化学与化工国家重点实验室 北京100084) 摘 要 研究了全氟磺酸树脂N afio n R ○N R 50溶液的制备过程.通过考察不同的溶剂体系,得到了5种对N afio n R ○N R50具有良好溶解作用的溶剂体系,即40%～70%水+60%～30%乙醇、40%～70%水+60%～ 30%正丙醇、10%～70%水+90%～30%异丙醇、30%～70%水+60%～20%正丙醇+10%甲醇和10%～70%水+80%～20%异丙醇+10%甲醇.适宜的溶解温度为230～250℃,溶解时间为4h .在溶解的过程中,N R50催化醇发生异构化、醚化和脱水等反应.甲醇起到促进N R50溶胀进而加速其溶解的作用.关键词 全氟磺酸树脂,溶解,醇溶液 中图分类号:O 632.32 文献标识码:A 文章编号:1000-0518(2001)10-0798-04 2001-01-20收稿,2001-07-02修回 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院资助项目 Nafion R ○N R 50(简称N R 50),凝胶型全氟磺酸树脂,由美国杜邦公司研究开发,具有以下结 构: [(CF 2 CF 2)n CF CF 2]x (O C F CF)m CF 3 O CF 2CF 2SO 3H 其中:m =1～3;n =6～7;x ≈1000 Nafion R ○N R 50具有高热稳定性(<280℃)、化学惰性和超强酸性(H 0=-12),近年来在许多领域都得到广泛应用,如电解池膜分离器、气体扩散膜、燃料电池质子交换膜、超强酸催化剂和催化剂载体等 [1～3] .但由于其通常呈致密无孔状态, 表面积很低(≤0.02m 2 /g ),使得大量埋没的酸性中心得不到有效利用,这些不足使得本已昂贵的它实际应用受到很大限制[4,5].目前,N R 50溶液的制备只有杜邦公司1篇专利报道[6],且其未能对诸多影响N R50溶解性能的因素(如溶剂组成、 温度、时间等)进行细致讨论,国内尚未见有关报道.本文考察了不同溶剂体系(单一组分溶剂、双组分溶剂和多组分溶剂)和溶解条件(溶解温度和溶解时间)对N R50溶解性能的影响. 1 实验部分 全氟磺酸树脂N R 50从Lanca ster 化学公司购得,平均粒径约0.9mm ,酸量为0.89mmol /g .试剂甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和正丁醇由北京 化工厂购得,均为分析纯. 溶解过程在25m L 高压釜中进行,电加热套加热,磁力搅拌,在一定温度下保持数小时,然后停止加热和搅拌,并在室温下自然冷却;分别收集 上下层溶液,下层为所要溶液.N R50如未全溶,用表面皿将残渣及溶液全部收集,在110℃烘箱 中烘干,对未成膜部分进行称重(溶解的N R 50经烘干后成膜),以此计算N R 50的溶解量.准确移取1m L 下层液体于称量瓶中,在110℃烘箱中烘干、称重,以此计算溶液的浓度. 2 结果与讨论 2.1 溶剂的选择 高聚物的溶解是比较复杂的过程,选择合适 的溶剂体系一般遵循3个原则:极性相近原则、溶解度参数相近原则、溶剂化原则.N R50含有极性较强的—SO 3H 基团,不能通过简单计算溶解度参数来选择合适的溶剂体系.根据极性相近原则,选择极性溶剂将有利于其溶解.这里将重点考察水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和正丁醇对它的溶解.2.1.1 单一组分溶剂 分别以10m L 水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和正丁醇为溶剂考察其对0.1g N R50的溶解作用,溶解温度和时间分别为230℃和4h .实验表明:异丙醇作溶剂时,NR 50基本全溶,但溶液呈浑浊状态;甲醇作溶剂时,所得溶液量很少且几乎不含NR50,这是因为甲醇在N R50催化作用下生成大量二甲醚,打开高压
高考化学复习 专题7-离子交换膜在电化学装置中的应用 (2)
专题7 离子交换膜在电化学装置中的应用 日期：2019年11月10日 学号姓名 1．（2018年11月浙江选考17题）最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。 下列说法不正确 ．．．的是（） A．右边吸附层中发生了还原反应 B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－＝2H2O C．电池的总反应是2H2 ＋O2＝2H2O D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO4－向左移动 2．（2019年高考天津卷6题）我国科学家研制了一种新型的高比能量锌--碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是 A.放电时，a电极反应为I2Br－+ 2e－=2I－+ Br－ B.放电时，溶液中离子的数目增大
C.充电时，b 电极每增重0.65 g ，溶液中有0.02mol I － 被氧化 D.充电时，a 电极接外电源负极 3．（2019 年全国卷 I 12) 利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV 2+/MV +在电极与酶之间传递电子，下列说法错误的是 A ．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B ．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H 2 + 2MV 2+ = 2H + + 2MV + C ．正极区，固氮酶为催化剂，N 2发生还原反应生成NH 3 D ．电池工作时，质子通过交换膜由负极区向正极区移动 4．（2016年全国卷 I 11）三室式电渗析法处理含 Na 2SO 4 废水的原理如图3所示，采用惰性电极，ab 、cd 均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na ＋和SO 42－ 可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室．下列叙述正确的是(B ) A ．通电后中间隔室的SO 42－向正极迁移，正极区溶液pH 增大 B ．该法在处理含Na 2SO 4。废水时可以得到NaOH 和H 2SO 4产品 C ．负极反应为2H 2O － 4e - = O 2＋ 4H ＋，负极区溶液pH 降低 D ．当电路中通过1mol 电子的电量时，会有0.5 mol 的O 2生成 5．（2018年全国卷Ⅰ 27节选）焦亚硫酸钠(Na 2S 2O 5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应有广泛，加答下列问题： MV + MV 2+ N 2 NH 3 H 2 H + MV + MV 2+ 电 极 电 极 氢化酶 固氮酶 2SO 4负极区正极区 浓Na 2SO 4溶液a b c d ＋－
最新高考化学二轮题型必练——离子交换膜在交换膜里的应用
2020届高考化学二轮题型对题必练 ——离子交换膜在交换膜里的应用 1. 电解法制备MnO 2的装置如图所示。下列说法不正确的是 A. 离子交换膜可选用质子交换膜 B. 阳极反应式为Mn 2++2H 2O ?2e ?=MnO 2+4H + C. 阴极区溶液的pH 增大 D. 导线中通过1mole ?时,理论上阳极区溶液的质量减少44.5g 2. 双隔膜电解池的结构示意简图如图所示，利用该装置可电解硫酸钠溶液以制取硫酸 和氢氧化钠，并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是（） A. a 气体为氢气,b 气体为氧气 B. A 溶液为氢氧化钠,B 溶液为硫酸 C. C 隔膜为阳离子交换膜,d 隔膜为阴离子交换膜 D. 该电解反应的总方程式可以表示为2Na 2SO 4+ 6H 2O =电解2H 2SO 4+4NaOH +O 2↑+2H 2↑ 3. 如图装置（Ⅰ）为一种可充电电池的示意图，其中的离子交换膜只允许K +通过， 该电池充放电的化学方程式为；K 2S 4+3KI ?放电 充电 2K 2S 2+KI 3 ，装置（Ⅱ）为电解池的 示意图当闭合开关K 时，X 附近溶液先变红．则下列说法正确的是（ ） A. 闭合K 时,K 十从左到右通过离子交换膜 B. 闭合K 时,A 的电极反应式为：3I ??2e ?=I 2 ? C. 闭合K 时,X 的电极反应式为：2CI ??2e ?=Cl 2↑ D. 闭合K 时,当有0.1mo1K +通过离子交换膜,X 电极上产生标准状况下气体2.24L 4. 如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中 乙装置中X 为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是( ) A. 反应一段时间后,乙装置中在铁电极区生成氢氧化钠 B. 乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为Fe ?2e -=F e 2+ C. 通入氧气的一极为正极,发生的电极反应为 O 2-4e -+2H 2O =4OH - D. 反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变 5. 高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍 (Ni)、 铁作电极电解浓NaOH 溶液制备高铁酸钠(Na 2FeO 4)的装置如图所示。下列说法正确的是
全氟离子交换膜
世界上现有3家主要公司生产全氟离子交换膜，即：美国杜邦公司、日本旭硝子公司和旭化成公司。它们的离子交换膜产品均为四氟纤维增强的全氟磺酸、全氟羧酸树脂复合膜，只是在膜结构设计上略有差异。 1．美国杜邦公司全氟离子交换膜。美国1966年开发出具有良好化学稳定性、用于燃料电池的全氟磺酸离子交换膜NAFION膜。1981年，杜邦公司与日本旭硝子公司交换全氟离子交换膜专利许可证，即美国杜邦公司用全氟磺酸离子交换技术换取了日本旭硝子公司的全氟羧酸离子交换膜技术，从而相得益彰，使杜邦公司的全氟离子交换膜真正进入氯碱工业大规模应用的时代。Nafion900系列全氟磺酸与全氟羧酸高性能复合膜具有高电流效率、较低的膜电阻、膜的耐久性良好等优点，适于较高浓度碱的生产。目前，已得到广泛应用，已推广到包括我国等30多个国家、150多个工厂。 杜邦公司全氟离子交换膜起始电流效率很高，有的高达97％，运转3～4年其电流效率仍可保持在95％以上，膜的机械强度高，但槽电压比旭硝子、旭化成膜略高（同一槽型比较）。因此，杜邦膜今后改进的重点是如何进一步降低膜电压，此外，在抗杂质污染膜的开发方面尚有大量工作要做。 2．旭硝子公司的全氟离子交换膜。旭硝子作为日本主要两家生产有机氟化物的公司之一，在已实现了各种氟化学品研究开发及生产的基础上，1974年开始深入地进行了生产氯碱用的全氟离子交换膜的开发工作。1975年，由羧酸型全氟聚合物制备的高性能离子交换膜开
发成功，同年制备该种离子膜的中试工厂投产。1978年开始了名为FIEMION离子膜电解槽的开发。1978年工业FIEMION氯碱电解装置也投产运行。1978～1979年，旭硝子公司先后试制生产了F1emion 一230、250、330、430膜。1981年9月与杜邦公司交换离子膜专利许可证，同年11月高性能F1emion DX膜实现工业生产，并用FIEMION DX膜装备了AZEC新型电解系统（窄极距电槽），这标志旭硝子公司全氟离子交换膜取得了极大的成功。1982年以来相继开发成功F1emion一700系列和800系列膜，又经改型制成Flemion723、725、733、753等多种牌号膜。 FLEMION DX753是具有羧酸基团层压的离子膜，电化学性能均匀，有亲水性的表面涂敷了耐腐蚀和非异电性的无机化合物，更适于窄极距电解槽（如AZEC），另外，还在本体聚合物中加入特殊纤维，使离子膜强度增强。 旭硝子公司当前最新产品有；F795、893、865、892以及FX50。F795为高低交换容量的全氟按酸复合膜，F一893为全氟竣酸与全氟磺酸复合膜，二者均用在AZECF2槽上，F865为大型电槽用膜；F892为全氟羧酸与全氟磺酸复合膜；FX-50为生产50％高浓度烧碱用膜。此外，磺酸／羧酸双层复合膜已多有问世。 旭硝子公司最终目标是提供一种能耗低、机械强度适用于任何一种电解槽及膜性能稳定、长寿命的全氟离子交换膜。 3．旭化成膜。旭化成公司对氯碱生产用离子膜的研究始于1966年，1975年建成了世界第一家离子膜烧碱工厂，规模为4万吨／年，
C-P-020-全氟磺酸离子膜树脂的挤出流延薄膜成型研究-苑会林
C-P-020 全氟磺酸离子膜树脂的挤出流延薄膜成型研究 苑会林1，王婧2 1 北京化工大学 新型高分子材料的制备与加工北京市重点实验室 北京 100029 2 山东东岳高分子材料有限公司淄博 256401 关键词：全氟磺酸离子膜 熔融挤出 流延 工艺 性能 全氟磺酸树脂具有热塑性，起始分解温度较高，可供熔融加工的温度范围相对较宽，并具有良好的热稳定性。本论文主要讨论了全氟磺酸离子膜的熔融挤出流延成型工艺。 下图展示了全氟磺酸薄膜的成型工艺 Fig.1 Flow chart of processing art of plasticized PFSIEM 全氟磺酸离子树脂的流变特性 首先，测定该树脂的MI值为3.3g/10min，这样的熔体流动速率满足了挤出流延薄膜成型的要求。图3为树脂的熔融流动曲线。由图可见，该树脂熔体流动呈假塑性，属切力变稀流体。图4为熔体的表观粘度与切变速率的关系曲线，也可看出熔体具有切力变稀的流动特性，并且，在切变速率达到约200s-1前，熔体流动有着明显的切敏性，在这一范围内熔体粘度随切变速率的增加显著下降。切变速率超过200s-1后，熔体粘度随切变速率的增加略有下降，降幅较小。
050100 150 200250 300 ηa / P a ·s γ/s -1 Fig.4 The dependence of viscosity on shear rate 挤出机螺杆转速与三辊机线速度的选择 Table 1 The effect of screw revolution and linear speed of three-roll glazer on the molding process of membranes 挤出机螺杆转速 三辊上光机线速度 薄膜厚度 （r/min ） （cm/min ） （μm ） 30 45 230±3 30 72 130±2 30 96 58±0.5 30 >100 薄膜断裂 35 45 280±3 35 72 160±2 35 96 86±1 35 >108 薄膜断裂 45 60 难以塑化成膜 表1列出了挤出机螺杆转速与牵引辊转速对膜成型加工过程的影响，实验是 在片材模具狭缝宽度不变的情况下进行的。结果表明，在挤出速度不变的情况下，当牵引速率较快时很容易发生薄膜的断裂，这是由于PFSR 是具有一定的结晶性的线型高聚物，大分子晶格排列整齐紧密，并且PFSR 中包含有极性较大的磺酸基团，分子间的相互作用力较大 。结果还表明，挤出速度太快时，薄膜也会因容易断裂而难以成型，这是挤出速度太快造成树脂在挤出机中停留时间过短，塑化不好的原因。
离子交换膜
离子交换膜的研究进展与工业应用 摘要:简要介绍了离子交换膜的发展背景及工业应用，主要介绍了均相离子交换膜，也是未来离子交换膜的主要研究发展方向 关键词：离子交换膜、发展背景、工业应用、均相离子交换膜 1 离子交换膜技术 1.1离子交换膜的基本概念 离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。[1]离子交换膜按功能及结构的不同，可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物膜五种类型。离子交换膜的构造和离子交换树脂相同，但为膜的形式。根据膜体结构(或按制造工艺)的不同，离子交换膜分为异相膜、均相膜和半均相膜三种。无论是均相膜还是非均相膜，在空气中都会失水干燥而变脆或破裂，故必须保存在水中[2]。 1.2离子交换膜的原理[3] 和粒状离子交换树脂一样，离子交换膜中的功能团在水溶液中会发生离解，产生阳(或阴)离子进入周围的溶液，致使膜带有负(或正)电荷，为保持电性中和，膜就会吸引外部溶液中的阳(或阴)离子，通过膜的离解和吸引作用全过程，使得外部溶液中的阳(或阴)离子从膜的一侧选择透过到另一侧，而不会或很少使溶液中与膜带同性电荷的离子透过。如果使用阴离子交换膜，因为膜孔骨架上的正电基构成强烈的正电场，就使得只准阴离子透过，而阳离子不会透过。同时，阳极 2-)来说，区产生的H+不能进入阴极区。对于溶液中各种不同的反电离子(OH-；S0 4 由于它们在膜中的扩散系数各不相同(例如水合离子半径不同)，以及膜中空隙筛过离子的能力不同，因此，采用离子交换膜能够进行分离，正是利用这种选择透过性。从以上膜的工作原理看，外部溶液与膜之间的离子传递，并不是真正的离子交换，而是选择渗析，这两者的工作原理差别很大。粒状离子交换树脂在使用上需要分为吸附一淋洗(解吸)一再生等步骤。而离子交换膜不需再生等步骤，可以连续作用，同时，两者在工业上的使用范围也有很大的不同，前者主要用于富集和分离相似元素，后者主要用于渗析、电渗析和作为电解过程的隔膜等。 1.3离子交换膜的发展背景 Juda[1]在1949年发明了离子交换膜，并于1950年成功地研制了第一张具有商业用途的离子交换膜，1956年首次成功地用于电渗析脱盐工艺上[4]。从此离子交换膜成为一个新的技术领域受到日本及欧美等国的充分重视。50余年来，在应用过程中对离子交换膜做了很多改进，从初期性能差的非均相发展到适合于工业生产的、性能较好的均相离子交换膜，从单一电渗析水处理用膜发展到扩散渗析用膜、离子选择透过性膜和抗污染用膜．应用方面除了通常的电渗析外，还拓展到电解、渗透蒸发、质子燃料电池及其电渗析为基础的过程集成[6]。 我国离子交换膜的研制始于20世纪60年代，当时研制的是非均相膜，主要用于苦
氯碱工业用全氟离子交换膜 通用技术条件(标准状态：现行)
I C S83.120 G31 中华人民共和国国家标准 G B/T30295 2013 氯碱工业用全氟离子交换膜 通用技术条件 P e r f l u o r i n a t e d i o n-e x c h a n g em e m b r a n e f o r c h l o r-a l k a l i i n d u s t r y G e n e r a l t e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n s 2013-12-31发布2014-08-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
前言 ‘氯碱工业用全氟离子交换膜“系列国家标准包括以下3个标准: G B/T30295 2013‘氯碱工业用全氟离子交换膜通用技术条件“; G B/T30296 2013‘氯碱工业用全氟离子交换膜测试方法“; G B/T30297 2013‘氯碱工业用全氟离子交换膜应用规范“三 本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本标准由全国分离膜标准化技术委员会(S A C/T C382)提出并归口三 本标准起草单位:山东东岳高分子材料有限公司二上海交通大学二蓝星(北京)化工机械有限公司二中盐常州化工股份有限公司二沧州大化集团黄骅氯碱有限责任公司二沈阳化工集团有限公司二山东东岳氟硅材料有限公司二青岛海晶化工集团有限公司二营口三征新科技化工有限公司二天津膜天膜工程技术有限公司三 本标准主要起草人:张永明二张恒二王学军二王婧二王伟红二杨振伟二孙国庆二黄海涛二张英民二张佳兴二陈越二陈庆芬二于海涛三
氯碱工业用全氟离子交换膜 通用技术条件 1范围 本标准规定了氯碱工业用全氟离子交换膜(以下简称氯碱离子膜)的术语和定义二分类和型号二技术要求二测试方法二检验规则以及标志二包装二运输和贮存三 本标准适用于以全氟磺酸树脂二全氟羧酸树脂二增强网布和亲水涂层为主要原料制得的氯碱离子膜的通用技术条件三 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的三凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件三凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件三 G B/T191包装储运图示标志 G B/T7284框架木箱 G B/T9174一般货物运输包装通用技术条件 G B/T20103膜分离技术术语 G B/T30296氯碱工业用全氟离子交换膜测试方法 3术语和定义 G B/T20103界定的以及下列术语和定义适用于本文件三 3.1 氯碱工业c h l o r-a l k a l i i n d u s t r y 采用氯化钠溶液(氯化钾溶液)生产氢氧化钠(氢氧化钾)二氯气二氢气及相关产品的产业三 3.2 全氟磺酸树脂p e r f l u o r o s u l f o n i c a c i d r e s i n 以四氟乙烯和全氟磺酰基乙烯基醚为主要单体进行共聚而成的二元或多元全氟聚合物三 3.3 全氟羧酸树脂p e r f l u o r o c a r b o x y l i c a c i d r e s i n 以四氟乙烯和全氟羧酸酯乙烯基醚为主要单体进行共聚而成的二元或多元全氟聚合物三 3.4 全氟离子交换膜p e r f l u o r i n a t e d i o n-e x c h a n g em e m b r a n e 由全氟离子交换树脂制得的对离子具有选择性透过功能的膜三 3.5 亲水涂层h y d r o p h i l i c c o a t i n g 由无机化合物和含氟聚合物粘结剂组成的氯碱离子膜表面涂层三
全氟磺酸树脂中不稳定端基的热行为研究
Vol.14高分子材料科学与工程No.6 1998年11月PO LYM ER M AT ERIALS SCIEN CE AND EN GIN EERIN G Nov.1998全氟磺酸树脂中不稳定端基的热行为研究⒇ 饶国瑛 张之旭 (北京化工大学应用化学系分析中心,北京,100029) 摘要 用傅立叶变换红外光谱(F T-IR)和热失重(T G)方法对全氟磺酸树脂中的不稳定端基的热行为进行了研究。 结果表明,该树脂中的不稳定羧端基受热分解是造成树脂热压成膜产品中存在气泡和“晶点”的主要原因,通过对不稳定羧端基热分解机理研究表明,树脂中不稳定羧端基受热时存在两种分解方式:即单纯脱羧放出CO2和交联脱羧放出CO2和水,前者结果使产品中存在气泡,后者则使膜中既存在气泡又产生交联点(晶点)。 关键词 全氟磺酸树脂,羰基,羧基,不稳定端基 70年代美国研制开发成功的氯碱工业用全氟磺酸-全氟羧酸复合膜制碱技术是代表世界膜技术最新水平的尖端技术。但是作为这种膜的原料树脂在热压成型加工中常常会产生大量气泡,严重影响膜的质量,对此国外的不少学者进行过研究[1,2],但对树脂中易分解的官能团即不稳定端基与热压成膜温度之间的关系及分解机理尚未见报导。本文用FT-IR及TG对全氟磺酸树脂的不稳定端基热行为进行了较详细的研究,并建立了不稳定端基与成膜温度之间的半定量关系,对分解机理也进行了探讨。 1 实验部分 1.1 仪器设备 傅立叶变换红外光谱仪60SX B:美国Nicolet 公司产品。热压装置:Y-88,天津实用技术开发公司产品。热分析仪:TGS-2,美国PE公司产品。 1.2 材料 全氟磺酸树脂:江苏南通合成材料实验厂提供。 1.3 实验方法 1.3.1 红外光谱法:先将约0.2g样品放入热压模具中加热到所需温度恒温5min,在40～60kg/cm2压力下热压成透明薄膜进行红外光谱分析。 1.3.2 热失重:样品在N2保护下以5℃/min的速度升温,记录180～340℃范围的热失重曲线。 2 结果与讨论 2.1 不稳定端基的确定 Fig.1为全氟磺酸树脂热压成膜位于2000～1500cm-1之间的红外光谱。由文献可知,1810cm-1吸收峰是游离羧端基-COOH的振动吸收,位于1794cm-1[1～3]吸收峰归于-CF=CF2相对稳定的端基吸收,而位于1775cm-1吸收峰是树脂受热后新产生的与不稳定羧端基有关的羰基吸收峰[4]。 Fig.1 FT-I R spectra of thermal-pres sed perfluorosulfacid resin film on the temperature of220℃ 2.2 不稳定端基的热行为 Fig.2为树脂在100～300℃范围内成膜样品的红外光谱图,由图可知,随成膜温度的升高,1812 cm-1吸收峰逐渐减小而1795cm-1吸收峰的强度保持不变。而当成膜温度达到240℃时在1775cm-1处开始出现新的羰基吸收。这可作如下解释:当成膜温度升高时不稳定的-COO H端基受热分解而导致1812cm-1吸收峰的强度减小,在我们的成膜温度范围内1795cm-1-CF=C F2端基是稳定的,故其强度保持不变,而当温度高于240℃后则不仅存在- ⒇收稿日期:1996-05-17;修改稿收到日期:1997-10-27 联系人及第一作者:饶国瑛,女,54岁,副教授.
高考化学中离子交换膜试题
高考中有关离子交换膜的电化学试题 一、交换膜的功能： 使离子选择性定向迁移（目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。 二、交换膜在中学电化学中的作用： — 1.防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。（如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。 2.用于物质的制备、分离、提纯等。 三、离子交换膜的类型： 常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。 四、试题赏析： — 1.某同学按如图所示装置进行试验，A、B为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。当K闭合时，SO42-从右向左通过阴离子交换膜移向A极．下列分析正确的是（） A．溶液中c(A2＋)减小 B．B极的电极反应：B－2e－= B2＋ C．Y电极上有H2产生，发生还原反应 D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解 \2．（2014·全国大纲版理综化学卷，T9）右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH－Ni电池)。下列有关说法不正确的是（） A．放电时正极反应为：NiOOH＋H2O＋e－→Ni(OH)2＋OH－ B．电池的电解液可为KOH溶液 C．充电时负极反应为：MH＋OH－→M＋H2O＋e－ D．MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度越高 、 3．（2014·福建理综化学卷，T11）某原电池装置如右图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2＝2AgCl。下列说法正确的是（） A．正极反应为AgCl＋e－＝Ag＋Cl－ B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D．当电路中转移mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少mol离子 - 4.(2013·浙江高考·11)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。已知:3I2+6OH- =IO3-+5I-+3H2O 下列说法不正确的是() A.右侧发生的电极反应式: 2H2O+2e- = H2↑+2OH- B.电解结束时,右侧溶液中含有IO3- ， C.电解槽内发生反应的总化学方程式: KI+3H2O KIO3+3H2↑ D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
氟素膜的性能
氟素离型膜的分类及特点介绍！ 氟素离型膜又叫氟塑离型膜，是以PET为基材，在其表面涂上离型剂。合格的氟素离型膜表面平整光滑、涂布均匀，无颗粒、气泡等缺陷。该产品具有物理机械性能优良、厚度公差小、透明度高、热收缩率低、柔韧性好等优点。适用于高温有机硅压敏胶带复合模切冲型，使用后容易剥离。 氟素离型膜的应用原理跟离型膜一样，主要是起到一个防粘的作用，但是跟硅油离型膜又不一样，氟在氟素离型膜里面是以一种氟化物的形式存在的，大部分的胶带都是基材加胶水的形式存在。耐高温胶带的基材分很多种（PET,聚酰亚胺）亚克力胶水的温度没办法耐到硅胶胶水的温度、硅胶的胶水跟硅油离型膜同属矽利康的类别，时间长了会产生各方面的反应就是贴死。 氟素离型膜主要应用于：用于高温胶，硅胶双面胶贴合；用于金手指，绿胶，AB胶，3M硅胶贴合等；模切加工成其它任何形状，用于一些特殊用途。 氟素离型膜的特点：
一、氟素离型膜不易产生化学反应，良好的耐温耐湿性，防潮、防油，起到产品的隔离作用。 二、良好的耐高温性能、平滑度和强度。 三、氟素离型膜可以防止预浸料粘连，又可以保护预浸料不受污染。 四、离型纸能粘住预浸料，但又易于使两者分离，具有足够的致密性，防止水分通过它进入预浸料中。 根据氟素离型膜的不同应用，将产品分成如下三类： 一、湿涂 氟素离型膜离型面为基材均匀涂布硅胶，并连同硅胶进入烘箱高温固化成型，称之为湿涂。 二、热贴 氟素离型膜放置于贴合处，PET或PI涂布硅胶后仍有余温时与氟素离型膜 贴合，氟素离型膜不需进入烘箱经高温，但硅胶胶带带有余温时与氟素离型膜紧密贴合，称之为热帖。
三、冷贴 氟素离型膜贴合硅胶类产品，如3M硅胶双面胶9731、3M9119、 3M4377等，予以冲型加工，或者做成客户所需的成品，制成过程中均在室温下进行，不涉及温度，称之为冷贴。 氟素离型膜的常见因素及注意问题 1、离型膜的洁净度，洁净度是目前制约高质量的氟素离型膜，能否广泛用于HDI生产的重要因素；因此，耐用的氟素离型膜的生产商或供应商，在涂覆，卷绕和裁切离型膜时，必须在洁净室内操作。洁净室必须要达到10000级才能确保离型膜的表面洁净度，从而保证RCC压合后的板面品质。 2、注意区分单面离型膜的正反面，由于单面氟素离型膜只有一面离型，另一面为PET基材面，如果离型膜用错面，将会导致压合后下板时，膜粘在板面上，很难撕下来。区分正反面有以下方法：1、用胶纸粘氟素离型膜面，如果能够粘上的，就是PET基材面，不粘的面就是离型面；2、在膜面上做正，反面标志，区分正反面。
电化学中的离子交换膜
高三化学训练——电化学中的离子交换膜 2016年6月18日1．（2015津）锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是 A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42－)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 2．（2015沪）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、 烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐 水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空： （1）写出电解饱和食盐水的离子方程式。 （2）离子交换膜的作用为：、。 （3）精制饱和食盐水从图中位置补充，氢氧化钠溶液从 图中位置流出。（选填“a”、“b”、“c”或“d”） 3．如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾（电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离 子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）。 ①该电解槽的阳极反应式为 ，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通 过阳离子交换膜的离子数的比值为。 ②从出口D导出的溶液是（填化学式）。 4．海洋资源的开发与利用具有广阔的前景。海水的pH一般在 ~之间。某地海水中主要离子的含量如下表： 成分Na+K+Ca2+Mg2+Cl－SO42－HCO3－ 含量/mg?L－19360831601100160001200118（1）海水显弱碱性的原因是（用离子方程式表示），该海水中Ca2+的物质的量浓度为__________mol/L。 （2）电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术，其原理如下图所示。其中阴（阳）离子交换膜只允许阴（阳）离子通过，电极均为惰性电极。 ① 开始时阳极的电极反应式为。 ② 电解一段时间，极（填“阴”或“阳”）会产生水垢，其成份为（填化学式）。
离子交换膜电化学中的应用
1.如图所示阴阳膜组合电解装置用于循环脱硫，用NaOH溶液在反应池 中吸收尾气中的二氧化硫，将得到的Na2SO3溶液进行电解又制得 NaOH。其中a、b离子交换膜将电解槽分为三个区域，电极材料为石 墨，产品C为H2SO4溶液。下列说法正确的是（） A. b为只允许阳离子通过的离子交换膜 B. 阴极区中B最初充入稀NaOH溶液,产品E为氧气 C. 反应池采用气、液逆流方式,目的是使反应更充分 D. 阳极的电极反应式为 2.如图是利用一种微生物将废水中的有机物（如淀粉）和废气NO的化学能直接转化为电 能，下列说法中一定正确的是（） A.质子透过阳离子交换膜由右向左移动 B. 电子流动方向为 C. M电极反应式： D. 当M电极微生物将废水中 g淀粉转化掉时,N电极产生 L 标况下 3.三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子 交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na+和SO42-可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是（） A. 通电后中间隔室的离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B. 该法在处理含废水时可以得到NaOH和产品 C. 负极反应为,负极区溶液pH降低 D. 当电路中通过1mol电子的电量时,会有的生成 4.某电源装置如图所示，电池总反应为2Ag+Cl2=2AgCl．下列说法正确的是（） A. 正极反应为 B. 放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C. 若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变 D. 当电路中转移时,交换膜左侧溶液中约减少离子 5.科学家用氮化镓（GaN）材料与铜作电极组装如图所示的人工光合系统，成功地实现了
离子交换膜
离子交换树脂的应用 摘要：综述了离子交换树脂在日常生活及工业生产中的应用，从各个方面叙述了离子交换树脂的重要作用，从总体上评述了离子交换树脂的发展现状。还探讨了离子交换树脂合成工艺、应用技术等的发展方向，并对离子交换树脂的应用市场前景作出预测和展望。 关键词：离子交换树脂；应用；展望 前言 离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物。在它的分子结构中，一部分为树脂的基体骨架，另一部分为由固定离子和可交换离子组成的活性基团。离子交换树脂具有交换选择、吸附和催化等功能，在工业高纯水制备、医药卫生、食品行业等领域都得到了广泛的应用。近年来，离子交换树脂无论是从种类、结构还是性能上都出现了很大的变化，其生产和应用也都得到了很大的发展。 我国自 20 世纪 50 年代以来开始生产和应用离子交换树脂。经过半个多世纪的发展国内常规离子交换树脂的制造和应用技术已经较为成熟，水平与国外相当。离子交换树脂主要用于电力、食品、医药、电子和冶金等行业，随着锅炉给水、饮用水和电子用水等对离子交换出水的纯度要求日益提高，促使常规的离子交换树脂生产和应用技术不断完善，同时催生了许多新型的生产工艺不断涌现，使得离子交换树脂产品升级和技术进步的步伐也日益加快。 1 离子交换树脂概述 离子交换树脂是具有反应性基团的轻度交联的体型聚合物，利用其反应性基团实现离子交换反应的一种高分子试剂，是由交联结构的高分子骨架与以化学键结合在骨架上的固定离子基团和以离子键为固定基团以相反符号电荷结合的可交换离子构成的。离子交换树脂根据其基体的种类可分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂；根据树脂中化学活性基团的种类分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换，以及二者的转型树脂。 1．1 阳离子交换树脂 阳离子交换树脂分子结构中含有酸性基团，如-SO3H、-PO3H2、-COOH等，能与溶液中阳离子进行交换。根据交换基团酸性的强弱，又可进一步把阳离子交换树脂分成以下几类。 1.1.1强酸性阳离子交换树脂
完整版高考中有关离子交换膜的电化学试题
高考中有关离子交换膜的电化学试题 离子交换膜是一种对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因在应用时主要是利用它的离子选择透过性，又称为离子选择透过性膜．离子交换膜法在电化学工业中应用十分广泛。教材中并未专门介绍，一般是在讲解氯碱工业时介绍阳离子交换膜的应用，但在近年考试中涉及离子交换膜原理的考题屡见不鲜． 一、交换膜的功能： 使离子选择性定向迁移（目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。 二、交换膜在中学电化学中的作用： 1.防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素。（如 在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸）。 2.用于物质的制备、分离、提纯等。 三、离子交换膜的类型： 常见的离子交换膜为：阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。 四、试题赏析： 1.某同学按如图所示装置进行试验，A、B为常见金属，它们的硫酸盐可溶于水。2-从右向左通过阴离子交换膜移向ASO极．下列分析正确的是当K闭合时，4 2＋)减小A．溶液中c(A 2＋－2e = BB．B极的电极反应：B－C．Y电极上有H产生，发生还原反应 2D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀，不久沉淀溶解 2．（2014·全国大纲版理综化学卷，T9）右图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH－Ni电池)。下列有关说法不正确的是 －－ Ni(OH)＋O＋．放电时正极反应为：ANiOOHHe→OH＋ 22． KOH溶液B．电池的电解液可为－－ e ＋HO＋C．充电时负极反应为：MHOH＋→M2是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量密度MHD．越高 T11）某原电池装置如右图所示，电池总反应为．（2014·福建理综化学卷，3 2AgCl。下列说法正确的是2Ag＋Cl＝2