Page 73 - 《精细化工》2020年第1期

第 1 期 褚云晨，等: BPO 和 AIBN 作引发剂对阳离子交换膜性能的影响 ·59·

PVDF, the migration number of the ion exchange membrane was 95.15%. Finally, The effect of initiator on
membrane resistance and migration number was further verified by cyclic voltammetry and
chronopotentiometry.
Key words: cation exchange membrane; initiator; benzoyl peroxide; 2,2′-azobis (2-methylpropionitrile);
membrane structure; membrane properties; functional materials

如今，以膜为基础的分离工艺在工业中处于领 膜的制备提供参考。
先地位，膜被广泛用于废水处理、饮用水生产、半 1 实验部分
导体工业中超纯水生产、食品制药以及化工行业中
的水处理过程。而离子交换膜对诸如电渗析、电去 1.1 试剂与仪器
离子、或能量转换和存储的电驱动应用 [1-6] 均至关重 高分子 PVDF（M W =1000000）、BPO、AIBN、
DVB，山东西亚化学工业有限公司；N,N-二甲基甲
要，均相膜因其具有良好的化学稳定性、较高的离
酰胺（DMF）、NaOH、NaCl、KCl，广东光华科技
子交换容量和较低的膜电阻得到广泛研究。
股份有限公司；苯乙烯，上海中秦化学试剂有限公
迄今为止，存在大量可用于制备离子交换膜骨
司；浓硫酸，洛阳昊华化学试剂有限公司；1,2-二氯
[8]
[7]
架的聚合物材料，包括聚醚砜 、聚苯并咪唑 、聚 乙烷，郑州市德众化学试剂厂。上述试剂均为分析纯。
[9]
氯乙烯 和聚偏氟乙烯（PVDF） [10] 等。PVDF 因其
FA-202D 全数控小型涂膜机，上海弗安企业发
优异的性能，如高热稳定性和化学稳定性、耐热性、
展有限公司；IRPrestige-21 傅里叶变换红外光谱仪，
良好的成膜性及低成本，被广泛应用于离子交换膜
日本岛津公司；PG-STAT-302N 电化学工作站，瑞士
的制备。但是，以 PVDF 为膜基质制备阳离子交换
万通公司；ULTRA plus 热场发射扫描电镜，德国卡
膜时，通常需要先制备 PVDF 基膜，然后通过碱化 尔蔡司股份公司；Talos F200S 透射电子显微镜，美
或辐照等方法 [11-13] 脱去 PVDF 链上相邻的 H、F 原
国 Thermo Fisher 公司。
子，形成碳碳双键后再接枝活性单体，最后磺化引 1.2 PVDF 阳离子交换膜的制备
入离子交换基团。目前已有大量针对先制基膜，再 配置溶液，取一定量的 BPO 或 AIBN、0.5 mL
进行碱化、接枝、磺化，制备 PVDF 均相阳离子交 DVB、5 mL 苯乙烯混合溶于 40 mL DMF 中，20 ℃
换膜或半均相阳离子交换膜的研究。使用这些方法 下超声振荡至固体颗粒全部溶解。然后加入 5 g 高
制备 PVDF 阳离子交换膜过程复杂且昂贵，接枝程 分子 PVDF 粉末，继续超声震荡至溶液呈均一半透
度难控制，接枝过程可能在膜内部受限制。因此， 明溶胶状。将该溶液置于 70 ℃烘箱真空下反应 10 h
在膜制备成型之前引入接枝单体在某些情况下是更 后得到铸膜液。
好的方法。所以，除膜材料的固有特性外，选择合 取出铸膜液，将其倒在干净的玻璃板上，用全数
适的制备方法对实现所需的膜性能也是重要的。通 控小型刮膜机制得 PVDF 溶胶膜，室温下静置 30 min
过一步法制备离子交换膜可在成膜前对 PVDF 进行 后将玻璃板置于 70 ℃烘箱中 2 h，使溶剂蒸发成膜。
活化然后接枝功能性单体 [10,14] 。吕立盈 [15] 对 PVDF 将膜从玻璃板上取下，裁成 4 cm×4 cm 的方形，
进行强碱处理，利用引发剂过氧化苯甲酰（BPO） 先置于 80 ℃的 1,2-二氯乙烷中溶胀 2 h，然后在 80 ℃
将苯乙烯接枝在 PVDF 上，最后磺化得到 PVDF- 的浓硫酸中磺化 12 h，得到厚度为 0.130 mm 的
g-PSSA 阳离子交换膜。谭渊清等 [16] 通过引发剂 BPO PVDF 阳离子交换膜。引发剂及其用量见表 1。

和交联剂二乙烯基苯（DVB）使苯乙烯单体聚合交 表 1 PVDF 阳离子交换膜添加的引发剂及其含量
联并与 PVDF 高分子线性聚合物形成半互穿聚合物 Table 1 Initiator and content of PVDF cation exchange
membranes
网络，经磺化、热压后得到半均相 PVDF 阳离子交
引发剂/g
换膜。Mcginty 等 [17] 证实 PVC 膜通过物理吸附引发 膜编号
AIBN BPO
剂偶氮二异丁腈（AIBN）成功地将亲水性单体接枝 PVDF-1 0 0.1
到 PVC 膜表面。但目前有关引发剂对离子交换膜性 PVDF-2 0 0.2
能影响的研究很少。 PVDF-3 0.15 0
PVDF-4 0.15 0.1
本文分别以 BPO、AIBN 为引发剂，引入苯乙
PVDF-5 0.15 0.2
烯单体，通过溶剂蒸发法制备 PVDF 阳离子交换膜， PVDF-6 0.25 0
探究了 BPO 和 AIBN 两种引发剂及其含量对离子交 PVDF-7 0.25 0.1
换膜的形成和性能的影响，以期为均相阳离子交换 PVDF-8 0.25 0.2