新型荷电杂化（镶嵌）膜（材料）的制备与表征

论文摘要

本论文主要介绍了新颖的无机—有机杂化荷电膜包括无机—有机荷正电杂化膜、含有羧基的杂化两性离子膜、同时含有磺酸基和羧基的杂化两性离子膜、杂化前驱体的分子结构对两性离子膜性能的影响以及杂化荷电镶嵌膜的制备与表征等内容。全文共分为七章。 第一章是绪论。首先对离子交换荷电膜作简要介绍，然后重点介绍杂化荷电镶嵌膜和杂化两性离子膜；最后提出本研究的主要思路和技术方案等。 第二章介绍了由硅钛偶联剂的醇解和胺化过程制备荷正电杂化膜。方法是：选择含有环氧基团的硅烷偶联剂与钛醇盐在非水条件下进行sol-gel反应，然后让环氧开环即可得到荷正电杂化膜。考察了热处理温度和钛含量对膜性能的影响。结果表明：对于不同组成的涂膜液，IECs随着热处理温度的升高而降低；钛能够加速环氧开环，并能够提高膜的热稳定性和IECs值；但是过高的钛含量将要降低Si-O-Ti键的稳定性，导致膜开裂。 第三章介绍了含有羧基的杂化两性离子膜的制备。即在非水条件下，由TMSPEDA与GPTMS进行反应得到聚合物前驱体，它再与γ-BL反应，然后进行水解和聚合得到杂化两性离子聚合物。由该聚合物再制备一系列含有羧基的杂化两性离子膜，并用膜电位、含水率和压差渗析试验对膜性能进行了表征。结果表明：γ-BL含量增加，杂化前驱体中离子对数量也增加。其IEP为pH6.68-8.20；其阳离子基团的表观含量为（2-8.0）×10-5mol／g，阴离子基团的表观含量为（1.1-2.1）×10-4mol／g。溶液的pH值对含水率的影响较大，说明这些膜的两性特征。这些现象可以用Tanioka A.等人推导的弱两性膜的理论模型来解释。 第四章首先介绍了由巯基的氧化或苯环的磺化两种方法制备同时含有磺酸基和羧基的杂化两性离子共聚物的方法。然后利用巯基氧化的方法制备了含有磺酸基和羧基的杂化两性离子膜，考察了热处理温度等因素对膜性能的影响。结果表明：涂膜一次到三次时，AIEC，CIECtotal和CIECsulf分别为0.017-0.12，0.1-0.53，

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 荷电膜
• 1.2 杂化荷电膜
• 1.2.1 无机—有机荷正电杂化膜
• 1.2.2 无机—有机荷负电杂化膜
• 1.2.3 无机—有机杂化荷电镶嵌膜
• 1.2.4 杂化两性离子膜
• 1.3 本论文的主攻方向及技术方案
• 参考文献
• 第二章 由硅钛偶联剂的醇解和胺化过程制备荷正电杂化膜
• 2.1 实验背景
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 荷正电杂化膜的制备
• 2.2.3 膜性能表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 FT-IR图谱和反应Schemes
• 2.3.2 TGA热分析
• 2.3.3 离子交换容量（IEC）
• 2.3.4 流动电位
• 2.3.5 纯水通量
• 2.3.6 形貌观察
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 含有羧基的杂化两性离子膜的制备
• 3.1 实验背景
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 杂化两性离子聚合物的制备
• 3.2.3 杂化两性离子膜的制备
• 3.2.4 样品的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 反应产物的FT-IR谱图
• 13C NMR谱'>3.3.2 聚合物的¹³C NMR谱
• 3.3.3 TGA热分析
• 3.3.4 pH值对聚合物的电导率的影响
• 3.3.5 聚合物中离子基团的表观含量
• 3.3.6 膜电位
• 3.3.7 杂化两性离子膜的等电点（IEP）
• 3.3.8 膜的含水率与pH值的关系
• 3.3.9 压差渗析试验
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 含有磺酸基和羧基的杂化两性离子膜的制备
• 4.1 实验背景
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 苯环磺化法制备含有磺酸基和羧基的杂化两性离子聚合物
• 4.2.3 巯基氧化法制备含有磺酸基和羧基的杂化两性离子聚合物
• 4.2.4 含有磺酸基和羧基的杂化两性离子膜的制备
• 4.2.5 样品的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 苯环磺化法制备含有磺酸基和羧基的杂化两性离子聚合物
• 4.3.2 巯基氧化法制备含有磺酸基和羧基的杂化两性离子聚合物
• 4.3.3 含有磺酸基和羧基的杂化两性离子膜性能的表征
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 杂化前驱体的分子结构对两性离子膜性能的影响
• 5.1 实验背景
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 杂化两性离子膜的制备
• 5.2.3 膜性能表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 红外光谱与反应scheme的验证
• 5.3.2 热分析
• 5.3.3 离子交换容量（IEC）
• 5.3.4 流动电位和等电点（IEP）
• 5.3.5 纯水通量
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 由硅钛偶联法制备杂化荷电镶嵌膜
• 6.1 实验背景
• 6.2 实验方法
• 6.2.1 实验原料
• 6.2.2 sol-gel杂化前驱体的制备
• 6.2.3 杂化荷电镶嵌膜的制备
• 6.2.4 膜性能表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 FT-IR光谱
• 6.3.2 离子交换容量（IEC）
• 6.3.3 流动电位和等电点（IEP）
• 6.3.4 水含量与pH值的关系
• 6.3.5 纯水通量
• 6.3.6 膜的形貌观察
• 6.3.7 平衡溶胀度（SD）
• i（f）)'>6.3.8 固定电荷密度(C_i（f）)
• 6.3.9 膜电位与有机溶液的浓度关系
• 6.3.10 膜电位与浓度梯度的关系
• 6.3.11 膜电位与pH的关系
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论
• 7.1 本研究的结论
• 7.2 本研究的创新点
• 致谢
• 个人简历、博士期间的研究成果及发表的论文