探析电化学控制离子交换膜的制备与性能研究

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1、太原理工大学硕士学位论文电化学控制离子交换膜的制备与性能研究姓名：郭金霞申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：郝晓刚;孙彦平20050501太原理工大学硕士研究生学位论文电化学控制离子交换膜的制备与性能研究摘要电化学控制离子交换(ElectrochemicallySwitchedIonExchange，ESIX)是一种环境友好的新型膜分离技术，通过电化学方法调节附着在导电基体上的离子交换膜的氧化还原电位来控制离子的置入与释放，从而使溶液中的金属离子得到分离并使膜再生。由于ESlX过程的主要推动力是电极电位，离子交换基体无需化学再生，消

2、除了由化学再生剂产生的大量二次污染物，因而有可能取代传统的离子交换技术而受到国外学者的关注。本文通过阴极电沉积法在不同导电基体上制备出具有电化学控制离子交换(ESIX)性能的电活性(NickelHexacyanoferrate，NiHCF)铁氰化镍薄膜。在1MKN03溶液中采用电势循环可逆地置入与释放碱金属离子，比较了铂、铝和石墨基体上薄膜的电活性、离子交换容量及再生能力；在1M(KN03+CsN03)混合溶液中测定了不同浓度下薄膜的伏T太原理工大学硕士研究生学位论文安特性曲线，分析了薄膜对Cs／K离子的选择性。重点考察了制膜液组成对薄膜

3、电化学性能的影响，通过EDS测定了薄膜组成并结合循环伏安曲线分析了薄膜组成和结构与其电化学特性之间的关系。实验表明：三种基体材料上均能制得性能稳定的NiHCF膜，铝和石墨基体上的NiHCF薄膜同样具有良好的ESIX性能；控制制膜液组成可得到不同组分占优的膜，由此可筛选较为理想的ESIX膜材料。本文根据三元图谱设计方案采用化学沉积法在铂和石墨基体上制备出具有ESIX性能的铁氰化镍薄膜，在1MKN03溶液中通过循环伏安法并结合EDS光谱考察了制膜液组成和基体材料对NiHCF薄膜电化学行为的影响，筛选确定了具有较高电活性和适宜ESIX过程的Ni

4、HCF薄膜的制备条件。研究表明：高铁组成制膜条件下生成的NiHCF薄膜的循环伏安特性曲线呈现双峰特征，活性较低；高镍组成制膜条件生成的NiHCF薄膜的循环伏安特性曲线呈现近似单峰特征而活性较高。此外，通过寿命和再生实验表明该方法制备出的NiHCF薄膜具有较高的电化学稳定性以及良好的再生能力。另外考察了电沉积法在铂、铝基体上制备的NiHCF薄膜太原理l：人学硕士研究生学位论文的离子选择性，在1M(NaN03+CsN03)和1M(KN03+CsN03)混合溶液中分别测定了不同浓度下薄膜的伏安特性曲线和电化学交流阻抗图谱，并根据CV曲线和EIS

5、曲线的变化特征分析了薄膜对Cs+／K+和Cs+／Na+离子的选择性。结果表明：交流阻抗法与循环伏安法相结合可较好地用来表征NiHCF薄膜对于cs离子较强的离子选择性。关键词：电化学控制离子交换，电沉积，化学沉积，铁氰化镍，电活性，循环伏安法，电化学阻抗谱，x射线能谱太原理工大学硕士研究生学位论文PREB射RATIONANDPROPERTlESOFNiHCFTHINFILMSFoRELECTRoCHEMICALLYSWITCHEDloNEXCHANGEABSTRACTESIX(E1ectrochemicallySwitchedIonExch

6、ange)isaseparationtechnologyasanalternativetoconventionalionexchangeforremovingmetalionsfromwastewater．InESIX，whichcombinesionexchangeandelectrochemistry,directoxidationandreductionofanelectroactivefilmattachedtoanelectrodesurfaceiSusedtoloadandunloadthefilmwithalkalimeta

7、lcationsandenablethefilmtoobtaintheregenerationBecausethemaindrivingforceistheelectrodepotentialintheESIXprocess，chemicalregenerationoftheionexchangesubstrateisnotnecessary．Secondarywastecreatedbychemicalregenerantsiseliminated．SoitmakesthisnewionexchangeV太原理：r大学硕士研究生学位论文

8、technologymoreenvironmentallybenignInthispaper，thinfilmsofcathodicallydepositednickelhexacyanofe