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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文反电渗析用新型离子交换膜的研究论文作者：何云飞学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：海洋化学工程与技术指导教师：邓会宁职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMarineChemicalEngineeringrocessandTechnologySTUDYONNOELIONEXCHANGEMEMBRANEFORREVERSEELECTRODIALYSISbyH
2、eYunfeiSupervisor:Assoc.Prof.DengHuiningMay2017摘要反电渗析（ReverseElectrodialysis,RED）是一种利用盐度差发电的技术，因其清洁、可持续、无污染、能量密度高等优点，发展前景广阔。离子交换膜是RED系统中的核心部件，膜的电化学和物理化学特性决定了RED的发电性能。膜电阻低、选择透过性高的离子交换膜具有较高的输出电流密度，能提高RED过程的发电性能。本文旨在研制新型离子交换膜，并对其RED发电性能进行研究。多孔膜的结构稳定、亲水性好，同时还具有抗污染性强、
3、耐酸碱等优点。本文首先探索了几种不同膜材料和孔径的超滤膜的导电特性，测试了其在NaCl溶液中的膜电阻和膜电位，并结合接触角、Zeta电位、电镜等表征手段对其分离性能进行研究。结果表明，多孔膜在0.1MNaCl溶液中的电阻远小于0.01MNaCl溶液中的电阻，低至2.47Ω·cm2。不同种材质的多孔膜亲水性越好，膜电阻越小，同种材质的多孔膜孔径越大，膜电阻越小，截留分子量为50,000的聚丙烯腈（PAN）膜（UN50）的膜电阻（2.69Ω·cm2）大于截留分子量为100,000的PAN膜（UN100）（2.47Ω·cm2）
4、。利用层层自组装方法对UN50膜进行改性，考察了沉积方式、沉积层数、支撑盐浓度、测试溶液浓度对改性制得的阴离子交换膜的膜电阻和膜电位的影响。结果显示，在压力沉积条件下制备的改性膜电阻与吸附沉积相比差别不大，但压力沉积膜的选择透过性更好。沉积层数为0.5层时膜电位最小，为-6.4mV，提高了对阴离子的选择透过性。随着支撑盐浓度的增加，膜电阻减小为2.77Ω·cm2，膜电位降低为-6.75mV。测试溶液浓度为0.5mol/L时，膜电阻为1.08Ω·cm2，低于同样测试条件下的商品化离子交换膜的电阻。建立了RED发电过程的数学
5、模型，对膜的选择透过性、膜电阻及溶液组成对RED发电性能的影响进行研究。RED的输出功率密度随离子交换膜膜电阻的降低而增加，随着膜的选择透过性的提高而增加。应用改性膜的RED的净功率密度为0.228W/m2，低于商品膜的RED发电性能，这是由于制得基于多孔复合膜的选择透过性较低。因此在减小膜电阻的基础上还需进一步提高改性膜的选择透过性。关键词：多孔膜膜电阻膜电位反电渗析层层自组装IABSTRACTAsaclean,sustainable,non-pollutionandhighenergydensitytechnolog
6、y,reverseelectrodialysis(RED)hasbeenappliedinmanyaspects.Theelectrochemicalandphysicalchemistrypropertiesofionexchangemembrane,thecorecomponentoftheREDsystem,determinethepowergenerationperformanceofREDThispaperhasmanufacturedanewionexchangemembraneandinvestigated
7、itsREDpowergenerationperformance.Simultaneously,theporousconductivemembranehassomeadvantages,suchasgoodhydrophilicity,anti-pollution,compressive,goodresistanceofacidsandalkali,antimicrobialandbacteria,lowresistance.Thispaperexplorestheconductivepropertiesofsevera
8、lUFmembraneswithdifferentmaterialsandaperture,teststhemembraneresistanceandmembranepotentialinNaClsolutionandinvestigatesthemembraneseparationperformancewithth
