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荷电膜的动电现象研究

作　者: 张亚萍
导　师: 徐铜文
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 荷电膜离子交换膜双极膜窄孔膜流动电位压力驱动电位 zeta电位动电现象有机溶剂
分类号: TQ028.8
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

膜分离技术是一门新兴的分离技术，具有分离、浓缩和精制的功能，还有高效、节能、环保以及过程简单、易于自动控制等优点，目前已被广泛应用于水处理、电子、食品、化工等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。膜是膜分离组件的核心部件之一。荷电膜因为其内外表面存在固定电荷，分离机理与中性膜有着较大的区别。因为膜上所带的固定电荷，荷电膜在抗污染、亲水性以及选择透过性等方面都存在明显优势，还可以用大孔径膜吸附分离较小粒径的微粒，而且可以分离粒径相似而荷电性能不同的组分。因此，表怔表面电荷性质对了解荷电膜的性能是非常必要的。通常，荷电膜的表面电荷都是用zeta电位来定量表征。但是，zeta电位不能直接测定，必须借助其它手段来间接计算而得。荷电膜在外力如压力或电场力驱动下，可以观察到流动电位、电泳等动电现象。运用这种动电现象，可以推算出膜的zeta电位。而流动电位法由于实验方便、装置简易等优点成为最常用的实验手段之一。通过测定膜的流动电位，再用合适的方法就可以推算出相应的zeta电位。本论文分别从理论和实验两个方面讨论了几种荷电膜的流动电位或压力驱动电位。正文部分总共包括六章，附录部分为相关的计算程序。第一章是绪论。首先对荷电膜及其相关分离过程进行简介；然后重点介绍了荷电膜的动电现象，包括研究历史、相关概念、理论基础、流动电位实验手段及其应用；最后提出本论文的设计思想和工作内容。第二章从实验方面探讨了均相离子交换膜的流动电位。分别讨论了外部溶液的种类、浓度和pH值以及膜自身的厚度和固定离子浓度对流动电位的影响；同时，通过观察相同压力下两个相反方向(即逐渐加压(+)与逐渐减压(-)方向)电位的差值，粗略估算出了离子交换膜在各个压力下的脱盐率。第三章从理论方面探讨了多孔双极膜的流动电位。运用Navier-Stokes方程和Poisson-Boltzmann方程等，从理论上推导出双极膜的流动电位SP~G，着重考察组成双极膜的阴、阳膜层的zeta电位、孔径、孔隙率和膜层厚度对SP~G的影响。另外，运用实验室自制的双极膜及相应的阴、阳膜层，对理论模拟结果进行

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT(英文摘要)  6-12
第一章绪论  12-30
  1.1 荷电膜及其相关分离过程简介  12-13
  1.2 荷电膜的动电现象  13-25
    1.2.1 研究历史  14-15
    1.2.2 相关概念  15-17
    1.2.3 理论基础  17-21
      1.2.3.1 空间电荷理论  17-20
      1.2.3.2 固定电荷理论  20-21
    1.2.4 流动电位实验方法  21-23
    1.2.5 流动电位的应用  23-25
      1.2.5.1 对膜荷电性质以及等电点的表征  23-24
      1.2.5.2 联合其他方法对荷电膜表面性质的表征  24
      1.2.5.3 表征膜的污染和清洗效果  24-25
      1.2.5.4 其它方面的应用  25
  1.3 论文设计思想和主要工作  25-27
  参考文献(一)  27-30
第二章均相离子交换膜的流动电位实验研究  30-44
  2.1 引言  30-31
  2.2 实验部分  31-32
    2.2.1 膜及化学试剂  31-32
    2.2.2 流动电位的测定  32
  2.3 结果和讨论  32-41
    2.3.1 电解质种类的影响  32-34
    2.3.2 溶液浓度的影响  34-35
    2.3.3 溶液pH的影响  35-36
    2.3.4 膜厚度的影响  36-37
    2.3.5 离子交换容量的影响  37-38
    2.3.6 由流动电位测定粗略估算离子交换膜的脱盐性能  38-41
  2.4 本章小结  41-43
  参考文献(二)  43-44
第三章多孔双极膜的流动电位理论模型的建立  44-60
  3.1 引言  44-45
  3.2 理论推导  45-48
  3.3 实验部分  48-49
    3.3.1 膜的制备  48-49
    3.3.2 流动电位的测定  49
  3.4 结果与讨论  49-56
    3.4.1 zeta电位比的影响  49-51
    3.4.2 孔径比的影响  51-52
    3.4.3 孔隙率之比的影响  52-53
    3.4.4 厚度比的影响  53-54
    3.4.5 实验数据与计算结果的比较  54-56
  3.5 本章小结  56-57
  符号列表  57-59
  参考文献(三)  59-60
第四章细孔膜压力驱动电位的理论模拟  60-80
  4.1 引言  60-61
  4.2 论部分  61-66
    4.2.1 Donnan电位和边界层扩散电位的推导  62-63
    4.2.2 膜相电位的推导  63-65
    4.2.3 (?)、(?)、C_(LM)和C_(RM)的计算  65-66
  4.3 实验材料和方法  66
    4.3.1 膜和化学试剂  66
    4.3.2 压力驱动电位的测定  66
  4.4 结果与讨论  66-75
    4.4.1 固定离子浓度的影响  67-69
    4.4.2 水渗透系数的影响  69-70
    4.4.3 膜厚度的影响  70-71
    4.4.4 边界层厚度的影响  71
    4.4.5 阳、阴离子扩散系数之比的影响  71-73
    4.4.6 实验数据与计算结果的比较  73-75
  4.5 本章小结  75-77
  符号列表  77-79
  参考文献(四)  79-80
第五章多孔膜在有机-水溶液中的流动电位研究  80-90
  5.1 引言  80
  5.2 实验部分  80-81
    5.2.1 膜的制备和预处理  80-81
    5.2.2 流动电位的测定  81
  5.3 结果与讨论  81-87
    5.3.1 有机溶剂含量的影响  81-84
    5.3.2 溶液浓度的影响  84-85
    5.3.3 有机溶剂种类的影响  85-86
    5.3.4 电解质种类的影响  86-87
  5.4 本章小结  87-89
  参考文献(五)  89-90
第六章全文结论与创新点  90-92
附录  92-97
致谢  97-98
个人简历及发表论文简介  98

荷电膜的动电现象研究

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