Page 74 - 《精细化工》2020年第1期

·60· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

1.3 表征 同液面高度的 0.01 mol/L Na 2 SO 4 溶液。使用电化学
1.3.1 膜结构表征 工作站在由 Pt 片制成的工作电极和辅助电极之间施
膜的行为特征与膜结构密切相关。用 FTIR 光 加脉冲电压。将浸入鲁金毛细管中的 Ag/AgCl 参比
谱仪获得不同膜的傅里叶变换红外光谱。用热场发 电极放置于辅助电极侧，用于消除浓差极化。设置
射扫描电镜（FE-SEM）研究膜的表面和截面形态。 扫描圈数，最后得到测试膜的循环伏安扫描图。
FE-SEM 观察前，用液氮对膜进行冷淬，获得完整 （4）计时电位曲线：实验前将测试膜浸泡在
膜截面。用透射电镜对膜微观结构进行进一步分析。 0.01 mol/L Na 2 SO 4 溶液中 24 h。实验装置由 3 个相
1.3.2 离子交换容量和含水率 同的隔室组成，其间夹住阴离子交换膜（商品膜）
离子交换容量（IEC）指 1 g 干膜所含的离子交 和阳离子交换膜，在 3 个隔室中引入相同液面高度
换基团的毫克当量数（meq/g） [18] 。含水率（  ） 的 0.01 mol/L Na 2 SO 4 溶液。用电化学工作站在由 Pt
是指每克膜含水质量分数。 片制成的工作电极和反电极之间施加电流脉冲。将
采用酸碱滴定法测定 IEC。将膜浸在 2 mol/L 浸入鲁金毛细管中的两个 Ag/AgCl 参比电极放置测
NaCl 溶液中 6 h，溶液每 2 h 更换 1 次。用水充分洗 试膜的两侧，用于测量通过膜系统的电压降（U m ）。
涤膜，收集浸液和洗涤水，用 0.1 mol/L NaOH 和酚 因此，U m 包括膜本身的电压和膜两侧相邻溶液层的
+
2
酞指示剂滴定溶液中的 H（a,meq）。为测定含水率， 电压。膜有效面积为 3.52 cm 。施加一定时间的电流
用滤纸拭去附着在膜样品上的水分并称重（d,g）。 脉冲后，中断电流并记录系统的松弛过程。最后得到
将膜在 60 ℃的烘箱中干燥至恒重（c,g）。膜的 IEC 测试膜的膜/电解质系统的电流-电压曲线。
和含水率  按下式计算：
a 2 结果与讨论
IEC= （1）
c

dc 2.1 膜制备分析
 / %   100 （2） Mcginty 等 [17] 提出并通过实验证实，通过物理
c
1.3.3 电化学测试 吸附作用使 PVC 膜表面吸附一定量的 AIBN 引发
（1）膜电阻：测试前将膜用 2 mol/L 的 NaCl 溶 剂，在一定反应条件下 AIBN 热分解产生自由基与
液浸泡 24 h，测试时将膜固定在电解槽中把电解槽分 PVC 膜表面发生相互作用，取代 PVC 骨架中与碳相
隔为两室，向两室中注入同等液面高度的 2 mol/L 连的 Cl 原子，使 PVC 表面产生自由基活性位点，
2
NaCl 溶液，测试电极均为 Pt 电极，有效面积为 1 cm 。 从而可以将含碳碳双键的亲水性单体接枝在 PVC
电化学工作站在 1~100 kHz 内通过交流阻抗法在室 膜表面。所以，在以 AIBN 为引发剂制备 PVDF 离
温下测定膜电阻。根据式（3）计算膜电阻（R mem，Ω）： 子交换膜时，AIBN 产生的自由基取代 PVDF 上的 F
R  R  R （3） 原子，从而可以将苯乙烯接枝到线性 PVDF 链上，
mem cell sol
然后通过磺化反应在苯乙烯上引入磺酸基团，AIBN
式中：R cell 为电解质溶液中平衡的膜电阻，Ω；R sol
热分解和 PVDF 接枝苯乙烯的反应路线如下。
为电解质电阻，Ω。

（2）阳离子迁移数：离子交换膜迁移数表示反
离子通过膜的总电流分数 [19] ，用于表征膜对异种电
荷离子间的选择透过性 [20] 。当膜分离不同浓度的电
解质时，可通过在膜上形成的电位差来测量迁移数。
膜样品在 1.5 mol/L KCl 溶液中浸泡 12 h 以上，然后
将膜固定在电解槽中，左右两室分别注入同等液面
高度不同浓度（1、2 mol/L）的 KCl 溶液，用万用
表测定膜电位（ E ，V），同时测定溶液温度。根
测

据 KCl 标准溶液的理论电位值（ E ，V）计算膜的 以 BPO 为引发剂，DVB 为交联剂，加热时 BPO
0
阳离子迁移数（ t ，%），如式（4）： 发生热分解产生自由基，发生链引发反应。随后与

E 苯乙烯产生链增长反应使苯乙烯聚合，聚合的苯乙
t  /%  测  100 （4）
2E 0 烯长链通过 DVB 交联成为聚合物网络，并与线性高
（3）循环伏安曲线：实验前将测试膜浸泡在 分子 PVDF 链形成半互穿网络结构，最后经浓硫酸
0.01 mol/L Na 2 SO 4 溶液中 24 h。实验装置为单膜双 磺化后得到 PVDF 阳离子交换膜。苯乙烯聚合路线
室电解槽，两隔室间为测试膜，两隔室中均注入相 如下。