纳米α-Fe_2O_3-TiO_2改性海藻酸钠/壳聚糖双极膜制备与表征

在壳聚糖(CS)阴离子交换膜中添加纳米复合半导体材料α-Fe2O3-TiO2,制备了PVA-SA/α-Fe2O3-TiO2-CS双极膜(PVA:聚乙烯醇;SA:海藻酸钠),并用扫描电镜、热重分析、电子万能试验机和接触角测定仪等对其进行了表征。研究结果表明,添加纳米α-Fe2O3-TiO2可提高双极膜的亲水性、热稳定性和机械性能。纳米α-Fe2O3-TiO2复合半导体材料较纳米α-Fe2O3或纳米TiO2单一半导体材料具有更强的光催化双极膜中间界面层水解离能力,在高压汞灯照射下能大大降低双极膜的膜阻抗和膜电阻压降(IR降)。     

四磺酸基铜酞菁-海藻酸钠/壳聚糖双极膜的制备与表征

分别用Fe3+和戊二醛作为交联剂对海藻酸钠(SA)阳离子交换膜和壳聚糖(CS)阴离子交换膜进行改性,制备了四磺酸基铜酞菁(CuTsPc)-海藻酸钠/改性壳聚糖双极膜(CuTsPc-SA/mCSBPM).在海藻酸钠阳膜层中添加四磺酸基铜酞菁,以提高阳膜层的离子交换容量,促进双极膜中间层中水的解离.采用X射线光电子能谱(XPS)对CuTsPc-SA阳离子交换膜进行了表征.实验结果表明,改性后SA阳膜层的离子交换容量、H+透过率均获得提高.与Fe3+改性或二茂铁离子改性的mSA/mCS双极膜相比,CuTsPc-SA/mCS双极膜的阻抗及电阻压降(即膜IR降)均下降.当电流密度为120mA/cm2时槽电压仅为5.6V.当CuTsPc含量为2.5%(质量分数)时CuTsPc-SA/mCS双极膜在H+离子浓度小于8mol/L的酸溶液中具有稳定的工作性能.     

CoPc(COOH)8-SA/mCS双极膜的制备及表征

分别用Fe3+离子和戊二醛作为交联剂对海藻酸钠(SA)阳膜层和壳聚糖(CS)阴膜层进行改性, 制备了八羧基钴酞菁-海藻酸钠/改性壳聚糖(CoPc(COOH)8-SA/mCS)双极膜(BPM). 在海藻酸钠阳膜层中添加八羧基钴酞菁以提高阳膜的离子交换容量, 促进中间层水的解离. 用傅立叶红外(FT-IR)光谱、扫描电镜(SEM)等方法对制备的双极膜进行了表征. 实验结果表明, 经八羧基钴酞菁改性后, 阳离子交换膜层的离子交换容量、H+离子透过率均获得提高. 与Fe3+离子改性或二茂铁离子改性的mSA/mCS双极膜相比, CoPc(COOH)8-SA/mCS双极膜的交流阻抗、电阻压降(IR降)和溶胀度降低. 当电流密度高达105 mA·cm-2时, CoPc(COOH)8-SA/mCS双极膜的IR降仅为0.7 V.     

CuPc(COOH)8-SA/CuTAPc-CS双极膜的制备及表征

分别用八羧基铜酞菁[CuPc(COOH)₈]和四氨基铜酞菁(CuTAPc)改性海藻酸钠(SA)阳膜层和壳聚糖(CS)阴膜层, 制备了CuPc(COOH)₈-SA/CuTAPc-CS双极膜. 实验结果表明, 经八羧基铜酞菁和四氨基铜酞菁改性后, 促进了双极膜中间层水的解离, 增大了阳离子交换膜层和阴离子交换膜层的离子交换容量及H⁺和OH^-的透过率. 与Fe³⁺改性的Fe-SA/mCS双极膜相比, CuPc(COOH)₈-SA/CuTAPc-CS双极膜的阻抗、电阻压降(即IR降)和溶胀度降低. 当电流密度高达120 mA/cm²时, CuPc(COOH)₈-SA/CuTAPc-CS双极膜的IR降仅为0.9 V.     

双极膜技术在环境工程中的应用与展望

简述了双极膜的水解离电渗析及双重电荷排斥性能。介绍了双极膜在含氟废液的处理、有价氟的回收应用、垃圾发酵连续制备有机酸、脱除烟气中的SO2气体、水处理以及双极膜蓄电池等方面的应用现状及前景。双极膜作为一种新型膜,以其水解离电渗析的独特优点,为解决环境工程中存在已久的一些技术难题提供了许多新的思路和解决办法。巧妙地利用双极膜与单极膜的组合,可以设计出许多工艺。双极膜在环境工程中的应用研究值得引起重视。     

纳米TiO2膜负载聚(3-溴噻吩)的电化学聚合和电色效应研究

本文以纳米多孔的TiO2膜为基底,通过恒电流阳极聚合的方法制备聚(3-溴噻吩) (PBrT)膜,并研究负载在纳米TiO2膜上PBrT的电致变色性能。采用原子力显微镜(AFM)对纳米TiO2膜的形貌进行表征。利用紫外吸收光谱、计时安培法、计时吸收法研究PBrT膜的电致变色性能。结果显示,沉积在纳米多孔TiO2膜上的PBrT具有更优越的电致变色性能。PBrT膜氧化态时为亮红色,还原态时为深蓝色,颜色的对比度为22%,库仑效率为70%,着色效率为191.3 cm2 C-1（还原态）,88.9 cm2 C-1（氧化态）,该聚合膜具有良好的记忆效应。PBrT/TiO2优异的电致变色性能使其成为良好的电致变色材料,在电致变色器件方面具有潜在的应用价值。     

Ni-P-mCMC/mCS双极膜技术在成对电解制备糠醇、糠酸中的应用

以磷酸化试剂改性羧甲基纤维素钠(mCMC)制备了阳膜层,以戊二醛改性壳聚糖(mCS)制备了阴膜层溶胶,将阴膜层溶胶流延于阳膜层上,制备了P-mCMC/mCS双极膜,而后以化学镀方法在阳膜层表面镀镍,制备了Ni-P-mCMC/mCS双极膜,并应用于成对电合成糠醇(阴极室中)、糠酸(阳极室中)。在电场的作用下,双极膜中水电离后生成的H+透过mCMC阳离子膜进入阴极室,促进糠醛电还原生成糠醇过程的进行;OH-透过mCS阴离子膜进入阳极室,与糠醛电氧化生成糠酸过程中产生的H+结合生成H2O,以增大正向反应的速度。在电流密度为2.5×10-2A/cm2,30℃下电解,阴阳两极室的电解效率分别为83.0%和77.4%,电解槽电压稳定在3.0V左右。     

双极界面聚合物膜燃料电池Ⅰ:膜电极构型

双极燃料电池是一类新型的具有酸碱双极反应界面的聚合物膜燃料电池,其潜在的优势在于:(1)在碱性催化层中可利用非贵金属催化剂,降低电池成本;(2)双极反应界面上的水生成/解离反应可调节电池的水传输特性,形成电池的自增湿机制.尽管双极燃料电池理论上具有如此显著的优势,但其研究还处于起步阶段,尚缺乏大量有力的理论和实验依据.通过构建四种不同界面结构的双极膜电极,系统地研究了双极界面对电池性能的影响.结果表明,仅含有水生成界面的双极燃料电池构型最有利于电池输出性能的提升,并且成功利用这一构型验证了双极燃料电池自增湿稳定放电的特性.双极燃料电池的发展将有力的推动便携式自增湿燃料电池的进步.     

八羧基铜酞菁修饰海藻酸钠阳膜层制备CuPc(COOH)8-SA/mCS双极膜及其表征

在海藻酸钠(SA)中添加八羧基铜酞菁(CuPc(COOH)₈),并分别用Fe³⁺离子和戊二醛作为交联剂对海藻酸钠-八羧基铜酞菁阳膜层和壳聚糖(CS)阴膜层进行改性,制备了八羧基铜酞菁-海藻酸钠/改性壳聚糖双极膜(CuPc(COOH)₈-SA/mCS BPM)。在海藻酸钠中添加八羧基铜酞菁以促进中间层中水的解离。用FTIR、SEM等对制备的CuPc(COOH)₈-SA/mCS双极膜进行了表征。作为比对,制备了Fe³⁺离子改性的Fe-SA/mCS双极膜和二茂铁(Fc)离子改性的Fc-SA/mCS双极膜。实验结果表明,CuPc(COOH)₈-SA阳离子交换膜的离子交换容量、H⁺离子透过率均获得提高。与Fe³⁺离子改性或二茂铁离子改性的mSA/mCS双极膜相比,CuPc(COOH)₈-SA/mCS双极膜的阻抗、电阻压降(IR降)和溶胀度降低,在H+离子浓度低于8 mol·L^-1的酸溶液中具有稳定的工作性能。     

纳米TiO_2膜修饰电极异相电催化还原马来酸

通过电化学合成前驱体和溶胶 -凝胶法在Ti表面修饰一层纳米TiO2 膜 ,SEM ,XRD测试表明晶型为锐钛矿型 ,晶粒平均尺寸为 2 5nm .采用循环伏安法、循环方波伏安法和电解合成法研究了纳米TiO2 膜电极在硫酸介质中的氧化还原行为以及对马来酸 (maleicacid)还原的电催化活性 .结果表明 ,纳米TiO2 膜电极在阴极扫描时有两对可逆氧化还原峰 ,可逆半波电位Er1/ 2 分别为 -0 .5 3V和 -0 .92V (vs .SCE ,扫描速度 0 .0 5V·s-1) ,对应于TiO2 /Ti2 O3 和TiO2 /Ti(OH) 3 两个氧化还原电对的可逆电极过程 .其中TiO2 /Ti2 O3 电对对马来酸具有异相电催化还原活性 ,纳米TiO2 膜中的TiⅣ/TiⅢ 氧化还原电对作为媒质间接电还原马来酸为丁二酸 (butanediacid) ,反应机理为电化学偶联随后化学催化反应 (EC′)机理 .     

Preparation of PVA-GA-CS/PVA-Fe-SA bipolar membrane and its application in electro-generation of 2,2-dimethyl-3-hydroxypropionic acid

PVA-GA-CS/PVA-Fe-SA bipolar membrane was prepared by a paste method. PVA-sodium alginate (SA) and PVA-chitosan (CS) were cross-linked by FeCl₃ and glutaraldehyde (GA), respectively. The charge densities of PVA-CS and PVA-SA solutions were determined by the colloid titration. The swelling level of bipolar membrane was in the range of 25–85%, meanwhile the permeability and the ion-exchange capacity as well as co-ion transport properties was investigated. FTIR was applied to analyze the functional groups of the bipolar membrane. Furthermore, SEM photographs of the BPM cross-section illustrated a structure that consists of an anion layer (PVA-GA-CS) and a cation layer (PVA-Fe-SA). TG analysis of PVA-GA-CS/PVA-Fe-SA bipolar membranes exhibited a good thermal stability. PVA-GA-CS/PVA-Fe-SA bipolar membranes were used as the separator in the electrolysis cell for electro-generation of 2,2-dimethyl-3-hydroxypropionic acid. The average current efficiency was 52.2%, and the highest current efficiency reached 68.9%.     

Fundamental studies on the intermediate layer of a bipolar membrane. Part II. Effect of bovine serum albumin (BSA) on water dissociation at the interface of a bipolar membrane

This paper investigates the behavior of bovine serum albumin (BSA) during water dissociation on a bipolar membrane (BPM). BSA-modified BPM is prepared by immersing polyethylene anion exchange membrane in different concentration solutions of BSA, then casting the solution of sulfonated poly(phenylene oxide) (SPPO) in dimethyl formamide. The modification of BSA was evidenced by atomic force microscopy (AFM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The junction thickness was evaluated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results showed that the typical I-V curves for bipolar membranes were heavily affected by the BSA modifications: the more the adsorbed amount of BSA, the larger the potential drop across a bipolar membrane. The new phenomena is underlined by the intrinsic properties of BSA molecules: steric effects give rise to an increase in the thickness of the depletion layer, amphoteric properties weaken the electric field of the junction, and hydrophobicity makes the junction less wet. All of these cause negative effects on water dissociation on a bipolar membrane.     

多羧基酞菁铜、乙酰基二茂铁改性CMC/CS双极膜的制备及表征

柔性链高分子聚乙二醇(PEG)分别与阳离子交换膜层羧甲基纤维素钠(CMC)、阴离子交换膜层壳聚糖(CS)共混以增强界面的相容性和膜的机械性能.以金属有机高分子多羧基酞菁铜(CuPc)改性CMC、乙酰基二茂铁改性CS,采用流延法制备了CuPc-mCMC/mCS双极膜.双极膜溶胀性和热重分析结果表明膜改性后稳定性能得到提高.膜交流阻抗、I-V工作曲线的测定结果表明该双极膜阻抗及工作电压均较小.双极膜经改性具有较高的离子渗透性能。     

交联聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯双极膜的制备及其在电合成环氧丁二酸中的应用

以聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物作为基膜材料,采用自由基接枝聚合反应,在SBS主链上引入丙烯酸（AA）、苯乙烯磺酸和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）链段作为阳离子交换膜;引入丙烯酸二甲基胺基乙酯和KH570链段作阴离子交换膜,阴、阳离子交换膜经KH570结构中三甲氧基硅烷基团的水解缩合,得到含硅氧交联网的SBS接枝离子交换膜,用流延法制备了SBS双极膜。 测得SBS阴膜和阳膜的吸水率分别为63.9%和72.8%,SBS阴膜和阳膜的离子交换容量分别为1.51和2.71 mmol/g。 将SBS双极膜作为阴阳两室隔膜,采用钨酸钠/过钨酸钠体系由阴极间接电氧化合成了环氧丁二酸。 结果表明,以石墨为阴、阳电极,电流密度为2.0×10-2 A/cm²、50 ℃反应4 h,环氧丁二酸的产率为53.0%,电流效率为40.8%。