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PE均相阴、阳离子交换膜性能测试 李跃丰周康根张启修 (中南工业大学冶金分离科学与工程实验室．长沙410083)摘要 本研究对PE-203、PE--001均相骧、阳离子交挠膜的基本性能进行了测试， 结皋表明：PE均相阳膜的交换性能和电化学性能良好．溶胀性能好，但选择透过性一般} PE均相嬲膜的变换性能和电化学性能一般，薄胀性较差，但选择透过性褶对较好．关奠词 离子交换膜 性能测试；2．2睫的交换窖量1前言交换容量是反映膜内活性交换基团浓度的 电渗柝技术由于其投资成本省．对水质的 大小以每克干膜所含活性萋团的毫克当量数 适用 范围广，易于控制等优点，目前在国内仍然 (meq／g+)表示其溅试的基率原理是采用离子 是膜分 离技术中的主要的技术之一经过近二 置换法，即用Na+置换H+型阳媵中的H+，jl!； 十年的发展，现已相当成熟[I]，并不断地被推广 后用酸碱漓定法测定H+的台量．同理，甩N07应用于备种分离锲域．作为电渗折用的离早交 置换C1一型阴膜的Ci一用硝酸银一硫氰酸铵蒲 换赓是电器析器的心脏部分其性能的好坏直 定法满定氯的古量 接决定电渗祈器应用效果的优劣2．3离子交换膜的溶胀性本文将上海申乐日用化工厂生产的均相铡试了Na+塑阳膜和Cl～受阴膜的溶胀阴、阳离子交换膜(PE一203、PE一001)放在 性，实验时，用0．5mm著哇度尺精确量剪100× lmo]}／I的NaCl溶液中浸泡48小时后，对其交 150mm：的长方形干态样品膜各一块，用去离 换性能、传质性能和龟化学性能等基本性能进 子水浸泡，每隔一定时问取出湿态胰精确贾量 行了测试，希望为PE膜使用者提供选择依据． 其尺寸变化。

共测六次，总时阀为20小时．按以下公式计算其线溶胀度 2实验研究方法 缱湃雎事(％)如冀皇：；坐×loo％一 2．1囊的含水摹01 2．4碘电位测定 台永率幕指扩散到膜内能使膜体膨胀的这 实验采用改进的膜电位测试方法oj．使用 一部分 水的言量，以每克湿态膜中所台水的百 特制的具有稳定电位值的Ag／AgCI电极．在 分数表示其测试的基本原理是减重法，即： 0．INKCI／0．2NKCI溶液体系中(如豳1)，潮t古水事I墨；垃×100％两电掇问的总电位差Et．膜电位按下式计算；u1 式中：G，为湿态膜重 E．曩E●一(丘--E1) G：为干态膜重 (E：一E)为浓差电位差，经检测与0．1NKCI／0．2NKCi的理论浓差电位差go(16．2my)一 实验涓试了H+型PE一001膜和C1一型PE 致．一203胰的含水率，将膜放在去离子水中浸泡蔼天以上，完全平衡后，在60—80“C的真空干 实验所用Ag／AgCI电极的错备方法如下： 嫌糟串干燥12小时，测其失重与湿态艟重的百分圪．171jJ‘ 一；：囊号为电源时的电阻一电压关系，发现在测量范 围内输出电流为～恒定值(8．33mA)。

膜的蔼㈦；电阻Rm(II·cm2)可用下式计算：由 l丑R．=(V--妒)／K-S 其中：I为电导仪输出电流(mA)，S为壤的 有效面积(cm2)．V，V分别为央膜和空白时测 得的电位差(mv)＼Z1膜电位测量示意图 (1)Ag和AgCl粉的制备先分别配制AgNO，溶液．KCI和Na!C：O (蹿尔比1：1)混合溶液．然后把KCI和Na2CtO．混合溶液倒入AgNO，溶液中．并不断 搅拌，生成AgCl与Ag：C的共沉淀，反应式如下： 圈2 膜电阻测量装置原理图 3AINOI．+KCt+Nt2C*04一A司j+Ag：Cz04}+2NaN01+KNOj2．6迁移数和选择透过性的计算 溶液用量严格接上式所示摩尔比量取．沉 迁移数计算公式：淀物经过滤、洗潦后．在100C下烘干、研细，并一E．+乳“ 用一个250mj的烧杯将沉淀罩着．放于Z00l一--一l-i 210℃的烘箱中加热(每次3克左右)由于 膜的离子选择透过性(用P来表示)可用AgCl蔓在500C以上才会分解．而Ag：C{O．在如下式子表示：200℃时即可分解，当AgC：0t达到分解温度时，会剧烈反应，放出气体，分解反应式如下：P一等×lOO％AgzCl0‘一2^g+犯0：十其中，￡，．i分别为反离子在溶液中的迁移 分解后Ag和AgCI喷溅在烧杯上形成疏数和在膜内的迁移数。

松的Ag和AgC!的粉末．刮下待用2)Ag／AgCl电极的压制成形 3结果与讨论 首先用直径为0．2ram的Ag丝绕成一圆 3．1含水率 形嗣架，引出导线．然后在有机玻璃模其中．将PE膜含水率测试结果如表1．一般说圃架央于Ag—AgCI粉的中间压制成直径 袭l含水辜测试结果 34ram、厚3ram的圆片状电极-由于Ag—AgCl膜编含水率 平均含水事粉呈纤维状，很容易压制成型名号(％) (蹦) 2．5骥电阻的测定l31．7 PE一00131．6 膜电阻的测定采用改进的膜电阻测定方24 31．5法[“，测量装置原理图如图2．利用DDS—I A115．2 PE一20315．2 215．2型电导仪产生的50HZ的输出信号为电源．用万用表测量夹膜时的电位差V和空白(不夹 来，实用离子交换膜的含水量应适中，不宜过膜)时的电位差V为了得到电导仪的输出电高，也不宜过低一般控制在25％～50％的范流l用标准电阻测量了以此电导仪的输出信 围内．从袭1可以看出，PE均相阳膜的古水率17Z比PE蚜相察蕞的盲水率高，而且PE均相阴膜3．3溶胀性 的含水事非誊低．表明PE均相 阳膜的结构比 溶胀率是反映膜体尺寸稳定性的一硬糖莲 较琉橙。

而PE均辐明膜的结构很致密PE膜溶胀性测试结果如表3．从滓胀事 3．2交换鲁量实验结果可知，PE均相阳膜的溶胀事大于 PE麓交换容量测试结果如表2，据报 10％，而PE均相阴膜的溶胀率不及其一半寰2 交换容量测试结果衰3 溶胀性测试结果裹螭 交换容量 平均值 PE一00IPE一203 时间 名号 (meq／g手) (meqlg千)长线溶 宽线溶 长线落宽线溶 (小时> l2．0l 涨率(％) 涨率(％) 最事(％) 撮率(X) PE-00I 2．OO 2’2．00 O000Ol’1．4o．75 11．4 l o．25．35．0 PE一2031．40 2’L 4l 511．4 lO．2 5．35．o10 11．4 lO．2 5．35．O道D]．由于在均柜膜的制备过程中所用苯乙烯 20 11．4 lO．2 5．35．o 的_孽古量较低，一般只有sO％左右，由此，其理q!．．一j{j{^=13．4鹰电位 论交换容量也其有2．3meq／gf交换容量的大 p_‘￥ 小与羹的结构有关．主要受交联度控制．从表2膜电位测试数据如表4．二者迁移数都比 可以藿出，PE均相阳旗的交联度较低，活性交 较高，选择透过度也均在95％以上。

就这两种 换基圃浓度较膏．而PE均相阴膜的交换容量 PE均相阴、阳离子交换膜丽言，阴膜比田蕨的 较低，说明该曩的交联度较高． 选择透过性更好 表4 膜电位测量结果(28℃)腱编E§迁移数 膜电位(mv) 平均E§ 平均 平均Em 平均选 名号(mv)t+或t一 E-一Ee—Eo(mv) c+或￡一 (my) 择透过性l31．72 0．979 15．52231．77 0．981 1S．57 PE一00I31．73 0．979 15．53 96％ ‘ 331．73 0．979 15．53431．71 0．978 15．5l l 0．33 0．99 15．8720．38 0．99 15．88 PE一2030．31 0．99 15．89 98％ 30．30 0．99 15，940．30．99 15．93．5瞳电阻4结论晨电阻滔试效据如表5，从袭5可以看出， 上海PE均相阳离子交换膜的平均面电阻<5 通过以上对试验结果的分析讨论可以得出(0·cm)，PE均相硝膜的平均面电阻<11(n如下结论： ·cm2)．这虢说明滚阳膜的电化学性能相当不 1．PE均相阳膜的交换性能和电化学性能 错，而阴簋的电化学性能虽不及该类阳膜，但与 良好，溶胀性好，但选择透过性一般． 其它均相 朋膜相比仍然算可以。

但不管是阳膜 2．PE均相阴膜的膜体结构很致密，交换性 还是阴稹，和匿外均相膜相比还存在较大的差能和电化学性能一般，溶胀性较差丽选辑透过 距．性相对较好表5 膜电阻测量结果(27．3C)膜名 编号 空白(mv) 空白+膜(mv) 面电阻(fl·cmz)平均面电阻(fl·cm2)l10．o 14．44．7929．914．4 4．90 PE—ool4．7939．913．9 4．3549．914．6j．12 l9．919．8 10．829，9】9．7】o．7 PE一203l o．7 39．919．6 10．6410．o 19．9 lo．8袭6 申乐PE均相阴、阳离子交换膜的基本性能总表嚷名平均含水率(％) 交换容量(meq／g) 线瘩最率(％) 平均t+或t平均选择透过性 面电阻(n·cmz)PE—-00131．6 2．004 IO．2～【1．4O．97996％ 4．79PE一203￡5．￡1．404S～5．3 0．99098％ 10．7参考文献[3]莫剑雄等．腠电位和藤内离子迁移散测量方法的改 [】]马成良．我国电磬析技术发展浅析．骥科学与技术．进．1986，净水拄术．(z)：9～14．1997，17(4)：58～60[4]其剑雄筹．电导电极涮定离子交换虞的电阻．永处理 [2]张维润．电淫析工程学．北京：科学出版社．1995：47 技术．1986，12(2)：84～88～52174。