2024年, 第40卷, 第04期　
刊出日期：2024-08-20

  

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  燃料电池阴离子交换膜聚合物主链的研究进展

  司晶涛, 刘爱迪, 张天奇, 刘庆, 马小琴, 王建川, 魏子栋

  离子交换与吸附. 2024, 40(04): 269-283. https://doi.org/10.16026/j.cnki.iea.2024040269

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  阴离子交换膜(AEM)是碱性燃料电池的重要组成部分，由聚合物主链、阳离子基团和可移动的阴离子组成。为保证燃料电池稳定运行，AEM应具备高电导率、高机械强度、良好的尺寸稳定性和优异的化学稳定性等特征。聚合物主链是AEM的根基，决定了AEM的综合性能。文章综述了AEM聚合物主链的研究进展，探讨了无醚芳基主链AEM的主链结构单元、链结构及其性能调控，并对AEM的合成方法和主链备选材料进行了展望。
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  含环糊精吸附剂的合成与应用

  金秋, 王霄鹏, 王丽霞, 袁金颖

  离子交换与吸附. 2024, 40(04): 284-295. https://doi.org/10.16026/j.cnki.iea.2024040284

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  环糊精是直链淀粉在酶作用下水解生成的无毒、天然、廉价的环状低聚糖，其疏水空腔可以通过主客体作用包覆污染物中的疏水分子，尤其是芳香类分子，从而提高其吸附效率和吸附选择性。采用环糊精直接和交联剂反应或者采用环糊精对吸附剂进行修饰，可以得到含有环糊精的吸附剂。含有环糊精的吸附剂在吸附分离等领域有广阔的应用前景。文章综述了近年来环糊精在吸附分离材料方面的研究进展，总结了含环糊精吸附剂的不同合成方法；并针对含环糊精吸附剂对有机分子、重金属离子及有机染料等污染物的吸附特点进行分类和探讨；最后对含环糊精吸附剂的未来发展方向进行展望，旨在引起研究者对含有环糊精吸附剂的研究兴趣，并为其提供一些新的启发和思路。
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  超强酸催化的聚醚醚酮的咪唑官能化改性研究

  王昊, 祝铭, 秦颖, 张正辉

  离子交换与吸附. 2024, 40(04): 296-303. https://doi.org/10.16026/j.cnki.iea.2024040296

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  含咪唑结构的聚合物作为酸性或碱性燃料电池用离子交换膜材料，得到了广泛关注，然而能直接在芳香族聚合物中引入咪唑官能团的改性方法却很少。文章提出了一种超强酸催化的“咪唑甲基化反应”改性的新方法，并通过2种含羟甲基的商业化咪唑化合物对商业化聚醚醚酮（PEEK）的改性进行了例证。通过¹H NMR证明了改性是通过咪唑化合物的羟甲基与PEEK主链中富电子芳环间的付氏烷基化反应进行的，并且在超强酸三氟甲磺酸（TFSA）催化下能定量完成。
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  复合剥离改性型纳米蒙脱土反渗透膜的抗结垢性能研究

  孟晓婷, 刘青松, 惠海青, 田苗

  离子交换与吸附. 2024, 40(04): 304-311. https://doi.org/10.16026/j.cnki.iea.2024040304

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  反渗透膜的高操作压力、高盐截留率及浓差极化现象，极易导致膜表面形成硫酸钙水垢，造成水渗透性能降低、运营成本升高等问题。膜表面性质是影响结垢的重要因素。纳米材料因具有优异的亲水性能、丰富的特定离子通道，广泛用于提升聚酰胺（PA）层的水渗透性和优化表面特性。文章通过复合剥离改性型纳米蒙脱土（MMT）对膜表面粗糙度、亲水性、表面电荷等进行改性。结果显示，SDS-MMT膜表现出最优的抗结垢性能，与对照组相比，其显示出较低的通量衰减率（D_F=27.1%±6.2%）和较高的通量恢复率（F_R=94.6%±9.3%）。这是因为MMT和表面活性剂SDS的存在，使PA膜表面亲水性提高，交联密度增大，相应的—COOH含量减少，有利于抑制Ca²⁺的富集和结垢。文章为膜分离中抗结垢膜的研究提供了新思路。
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  面向电催化CO₂还原应用的季铵化聚酰亚胺膜的制备及性能研究

  张博, 张心爱, 刘雪铃, 陈良, 李劲超, 张亚萍

  离子交换与吸附. 2024, 40(04): 312-321. https://doi.org/10.16026/j.cnki.iea.2024040312

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  开发可应用于电催化CO₂还原（ECR）的高性价比离子交换膜，对于实现碳资源高效利用至关重要。基于此，以合成的聚酰亚胺为骨架，通过开环反应引入含季铵基团的柔性烷基侧链，制备一系列季铵化聚酰亚胺（QAPI）膜，详细研究其化学结构、微观形貌、理化性能及ECR性能。在所有QAPI膜中，QAPI-70膜展现出最优的OH-传导能力和ECR性能。此外，QAPBI-70膜在ECR环境中可保持良好的稳定性。结果表明，制备的QAPBI-70膜在ECR方面具有较好的应用前景。
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  聚乳酸/ZIF-8复合膜的制备及其对环丙沙星吸附性能分析

  李杨松, 朱肖, 赵晓燕

  离子交换与吸附. 2024, 40(04): 322-329. https://doi.org/10.16026/j.cnki.iea.2024040322

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  聚乳酸(PLA)是一种可回收、可再生的聚酯，在生物医用和环境保护方面展现出优异的可加工性。ZIF-8因具有高孔隙率和大孔体积结构而被广泛应用于吸附分离领域。文章利用刮涂的方式将ZIF-8负载于PLA静电纺丝纤维膜上，通过调控ZIF-8的涂敷量制备结构性能稳定的复合膜。结果显示，当ZIF-8的涂敷量为14%时，PLA/ZIF-8复合膜的表面相对平整，ZIF-8的分散相对均匀。此时，复合膜的拉伸应力为1.4 MPa，断裂伸长率为33%。将该工艺下的复合膜应用于广谱抗生素环丙沙星(CIP)的吸附分离，研究不同质量浓度、温度和pH下复合膜对CIP的吸附能力。结果显示，CIP质量浓度为10 mg/L、温度为50℃、pH为5.5时，复合膜对CIP的吸附量达到7.77 mg/g，吸附平衡时间为0.5 h，其吸附动力学符合拟二级动力学模型。
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  膜集成工艺在处理铝箔腐蚀废酸中的应用研究

  张莉, 娄玉峰, 蓝靖, 刘兆明, 傅荣强, 张治磊, 张盼

  离子交换与吸附. 2024, 40(04): 330-338. https://doi.org/10.16026/j.cnki.iea.2024040330

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  作为影响电容器性能的关键材料，化成箔在腐蚀工段会产生大量含有Al³⁺的硝酸废液，直接排放会导致资源浪费和严重的环境污染。针对硝酸废液中Al³⁺回收率不高、残液体积大的问题，采用多级“扩散渗析+电渗析”的离子膜集成工艺资源化回收铝箔腐蚀废酸液。研究了进水进料流量、实验时间对扩散渗析工段和电渗析工段中回收酸浓度、酸回收率和Al³⁺截留率的影响。实验证明，在扩散渗析工段，酸回收浓度和酸回收率随着进水进料流量增大而降低，Al³⁺截留率随着进水进料流量增大而提高；在电渗析工段，随着实验进行，硝酸回收率迅速升高，平均电流效率和Al³⁺截留率呈下降趋势。经过“扩散渗析+电渗析”多级处理工艺后，99.2%的硝酸被回收利用，83.6%的硝酸铝被截留作为副产品出售，回收的低电导率淡化水和蒸发水用于铝箔清洗工段、接收水，实现了化成箔废液高效分离回收、工业水循环使用和含氮废水近零排放，为膜集成工艺在铝箔化成废酸处理中的规模化应用奠定了基础。
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  臭氧在反渗透及纳滤工艺浓缩液废水中的工程应用研究与分析

  张仲春, 赵晓双, 于朝晖

  离子交换与吸附. 2024, 40(04): 339-345. https://doi.org/10.16026/j.cnki.iea.2024040339

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  在反渗透及纳滤等工艺浓缩液废水的处理中，利用臭氧的强氧化性，结合其他相应的工艺，可去除大量的有机物、重金属，杀死99%以上的细菌等，将浓缩液处理成可安全排放或回用的废水。臭氧在工程应用中效果显著，文章通过对不同的臭氧耦合工艺及制取条件等进行改善，以达到反渗透及纳滤工艺中过滤后的浓缩液废水处理的预期效果。
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  煤化工企业能耗分析及节能途径研究

  魏志明

  离子交换与吸附. 2024, 40(04): 346-353. https://doi.org/10.16026/j.cnki.iea.2024040346

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  通过对煤化工企业进行深度对标和数据分析发现，两企业单位烯烃产品取水量分别为26.03 t/t和23.5 t/t，差距为2.53 t/t (9.7%)，总用水量相差5%。取水源不同造成原水离子等污染物浓度差距较大，电导率和氯离子浓度分别相差41.3%和83.1%，除了原水水质较差的原因外还有全年烯烃产品量相差近17%，也是单位耗水成本较高的原因。文章根据对标结果对该企业用水情况进行了分析评价，提出了节水措施和水处理建议。