中科大研制出低成本高性能雙極膜

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐銅文教授和吳亮教授團(tuán)隊(duì)在低成本高性能雙極膜開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面取得突破進(jìn)展，他們采用原位生長(zhǎng)思路，研制出一種具有優(yōu)異穩(wěn)定性和水解離產(chǎn)酸堿能力的高性能雙極膜。該成果于2021年1月4日，在線發(fā)表于《自然·通訊》。

雙極膜是一種新型離子交換膜，由陰陽(yáng)膜層和中間水解離層組成，被認(rèn)為是零排放技術(shù)的關(guān)鍵材料，廣泛應(yīng)用于清潔生產(chǎn)、廢物利用等領(lǐng)域。但由于國(guó)外技術(shù)封鎖和價(jià)格壟斷，國(guó)內(nèi)雙極膜產(chǎn)品處于批量試制階段，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍面臨兩大難題：一是陰陽(yáng)膜層由于膨脹系數(shù)不同，使用過(guò)程中容易分層；二是雙極膜多采用小分子或者過(guò)渡金屬離子作為中間層催化劑，使用過(guò)程中催化劑易泄漏失效。

針對(duì)第一個(gè)難題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了聚苯醚基材的陰陽(yáng)膜層，解決了兩層材料膨脹系數(shù)不同的問(wèn)題。針對(duì)第二個(gè)難題，研究團(tuán)隊(duì)先后制備出系列由親水性高分子、明膠、超支化高分子、凹凸棒土等固載過(guò)渡金屬離子的中間催化層結(jié)構(gòu)。但這些嘗試用于規(guī)模制備時(shí)，雙極膜的水解離壓降偏高，催化層穩(wěn)定性不能滿足工業(yè)長(zhǎng)期應(yīng)用的需求。為進(jìn)一步提升雙極膜水解離效率和中間層穩(wěn)定性，研究團(tuán)隊(duì)采用原位生長(zhǎng)思路，通過(guò)調(diào)控苯胺分子在陰陽(yáng)膜層界面處原位錨定、聚合生長(zhǎng)并包裹堿式氧化鐵顆粒，構(gòu)建穩(wěn)定水解離中間層制備雙極膜。

測(cè)試結(jié)果表明：該雙極膜具有極低的水解離啟動(dòng)電壓，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和水解離產(chǎn)酸堿能力。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能雙極膜材料及流延+催化層噴涂一次性成型制備技術(shù)，目前已建成中試生產(chǎn)線，規(guī)?；a(chǎn)線正在建設(shè)中。

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