纳米ZnO作致孔剂对PVDF阳离子交换膜选择透过性能的影响

摘要

为提高聚偏氟乙烯（PVDF）均相阳离子交换膜的选择透过性能，通过共混纳米ZnO颗粒、再以过氧化苯甲酰（BPO）引发化学接枝苯乙烯（ST）和浓硫酸磺化制备得到PVDF/ZnO阳离子交换膜。研究掺杂不同质量分数的纳米ZnO对膜结构和膜性能的影响，采用SEM、FTIR对阳离子交换膜的形貌、结构进行表征，通过循环伏安曲线和计时电位曲线分析进一步验证掺杂纳米ZnO颗粒对PVDF阳离子交换膜选择透过性能的影响。结果表明：共混纳米ZnO颗粒被分散到膜结构中，与PVDF有机高分子的网络结构形成支撑和互补，使得膜内孔隙更加均匀。当纳米ZnO颗粒占PVDF的2%（质量分数）时，最大膜孔径由纯PVDF膜的300 nm降低到70 nm，阳离子交换膜的离子迁移数为97.9%，离子交换容量（IEC）最高达到2.661 mmol/g；当纳米ZnO颗粒占PVDF的1.5%（质量分数）时，选择透过率达到了96.4%，阳离子交换膜比纯PVDF膜增加了8%。纳米ZnO颗粒有效提高了阳离子交换膜的选择透过性。

关键词

阳离子交换膜 / 纳米ZnO / 过氧化苯甲酰 / 膜内孔径 / 离子迁移数 / 选择透过性

基金资助

甘肃省科技计划资助项目（20JR2RA002）; 甘肃省黄河水环境重点实验室开放基金资助项目（21YRWEK002）