电沉积NiHCF薄膜在碱土金属溶液中的电控离子分离性能

采用电沉积方法在铂基体上制备出电活性NiHCF(Nickel Hexacyanoferrate)薄膜,在碱土金属溶液中考察了薄膜电极对碱土金属离子的电控离子分离性能.通过循环伏安法在0.1mol·L^(-1)Mg(NO_3)_2、Ca(NO_3)_2、Sr(NO_3)_2和Ba(NO_3)_2溶液中可逆置入和释放碱土金属离子,比较了不同溶液中NiHCF膜电极的电活性、电化学行为和离子的置入机制;在0.1mol·L^(-1)[Mg(NO_3)_2+Ba(NO_3)_2]混合溶液中结合电化学石英晶体微天平(EQCM)原位检测了不同浓度下膜电极氧化还原过程中的伏安特性曲线和频率响应,分析了薄膜对Mg/Ba离子的选择性;并通过XPS测定了氧化还原状态下NiHCF膜的化学组成及元素价态.结果表明,NiHCF膜在二价碱土金属溶液中具有可逆的离子交换行为,对Ba^(2+)离子的选择性大于Mg^(2+)离子,通过电控离子分离方法可以实现碱土金属离子的有效分离.

碳纤维/石墨基电控离子分离NiHCF膜电极制备与表征

在碳纤维/石墨基体上通过毛细化学沉积法制备出具有高离子交换容量与高稳定性的铁氰化镍(nickel hexacyanoferrate,NiHCF)薄膜电极。采用循环伏安法考察了在石墨颗粒粒径100μm、PTFE含量0.05g/g石墨、乙醇量4ml/g石墨、制膜液浓度0.1mol/L(含1.07mol/L乙醇)条件下得到碳纤维/石墨基膜电极的离子交换容量、循环寿命与再生能力;并通过SEM、XPS分析了膜电极表面形貌、组成。研究结果表明,此多孔石墨基体电极比表面积大,沉积得到的NiHCF膜具有较大的离子分离能力、良好的循环稳定性与再生能力,可用于电化学控制离子分离(electro-chemically controlled ion separation,ECIS)过程。

三维膜电极电控离子分离过程离子扩散特性研究

通过阴极电沉积法在石墨芯基体上制备铁氰化镍(NiHCF)薄膜,然后组装为多排石墨芯(MRGC)膜电极系统于1mol/LKNO3溶液中测定其循环伏安(CV)曲线。重点考察了不同电极厚度与间距的MRGC基体NiHCF膜电极CV图的阴阳极峰电位分离情况,以及不同扫描速度下膜电极系统的CV图变化情况。研究结果表明,由于三维MRGC膜电极系统内部离子扩散影响,CV图的峰电位将发生偏移。随着石墨芯间距的增加电极内离子扩散阻力降低,导致CV图阴阳极峰电位差ΔEp将减小;固定石墨芯间距而增加电极厚度时电极内离子扩散阻力增加使ΔEp也随之增加;随着扫描速度的增加内扩散的影响加剧导致ΔEp增加。因此循环伏安图阴阳极峰电位的分离程度可用于三维膜电极内离子扩散的分析。

三维多孔石墨基NiHCF电控离子分离膜电极制备与表征

通过毛细化学沉积法在三维多孔石墨基体电极上制备出具有高离子交换容量与高稳定性的铁氰化镍(Nickel Hexacyanoferrate,NiHCF)薄膜。在1 mol·L^(-1)KNO_3溶液中采用循环伏安法比较了电极基体及其膜制备条件对三维膜电极的电活性与离子交换容量的影响,确定的膜电极的制备条件为:石墨颗粒粒径范围在50～300μm之间,导电胶含景为0.3 g·g^(-1)石墨,乙醇量为2.5 mL.g^(-1)石墨,制膜液浓度为0.3 mol.L^(-1)。通过SEM和EDS分析了膜电极表面的形貌与组成,并考察了电极内部膜的分布、膜电极循环寿命与再生能力。结果表明:此三维多孔石墨基体电极比表面积大,制备工艺简单,沉积得到的NiHCF膜具有较大的离子分离能力、良好的循环稳定性与再生能力,可用于电化学挖制离子分离(Electrochemically Controlled Ion Separation,ECIS)过程。

镍网基NiHCF膜电极电控离子分离性能

在镍网基体上通过阳极氧化、循环伏安电沉积、化学沉积与脉冲电沉积分别制备出具有电化学控制离子分离(ECIS)性能的铁氰化镍(Nickel hexacyanoferrate,NiHCF)薄膜电极。在1mol·L-1KNO3溶液中采用电势循环可逆地置入与释放碱金属离子,考察不同制备方法膜电极的离子交换容量、循环寿命与再生能力,并通过SEM、IR、IC分析了膜电极表面形貌、组成与ECIS过程性能。研究结果表明,镍网基NiHCF膜电极制备工艺简单,具有较大的离子分离能力、良好的循环稳定性与再生能力,其中脉冲电沉积膜电极的离子交换容量和循环稳定性优于其它方法制得的膜电极。

铁氰化铜薄膜电极对溶液中Sr^(2+)电控离子分离性能

电沉积方法在铂片上制得具有电活性CuHCF(Copper Hexacyanoferrate)薄膜,通过循环伏安法考察了薄膜电极的电控离子分离性能。结合电化学石英晶体微天平(EQCM)原位检测了不同浓度下膜电极氧化还原过程中的伏安特性曲线和频率响应,分析了膜对Sr2+的选择性。通过XPS测定了氧化还原状态下CuHCF薄膜组成与元素价态。结果表明,CuHCF薄膜在二价金属溶液中具有可逆的离子交换行为,对Sr2+离子的选择性大于Mg2+离子,通过电控离子分离方法可以实现Sr2+离子的有效分离。

多排石墨芯基体NiHCF膜电极的制备与电控离子分离性能

以多排石墨芯(MRGC)为基体材料,采用阴极沉积法制备了具有电化学控制离子分离(ECIS)性能的电活性NiHCF膜电极。采用SEM和XPS分析考察了NiHCF薄膜的形貌与组成;在1 mol/L的NaNO3溶液中通过循环伏安法可逆地置入与释放Na+,考察NiHCF膜电极的离子交换容量、再生性能;在1 mol/L(NaNO3+CsNO3)混合溶液中比较不同混合浓度下膜电极的伏安特性曲线,分析了膜电极对Cs+/Na+的选择性。同时采用离子色谱测定了氧化态NiHCF膜电极在初始[Cs+]为10 mg/L模拟液中进行ECIS过程的Cs+浓度变化。实验结果表明,MRGC基体NiHCF膜电极离子交换容量大、再生能力好,对Cs+有较强的选择性,可用于Cs+的电控离子分离过程。

电控离子选择渗透膜分离过程传质模型的构建

【目的】电控离子选择渗透(electrochemically switched ion permselectivity, ESIP)是一种新型的离子选择性膜分离技术,已成功应用于低浓度目标离子的高效、连续、选择性分离。然而,离子在膜内传质不符合Nernst-Planck理论,建立ESIP离子传质模型有助于人们理解ESIP分离过程。【方法】在ESIP膜分离系统中,为研究离子在膜上双脉冲电势与极室槽电压耦合动态场中的传质行为,提出了修正的Nernst-Planck模型。根据唐南(Donnan)平衡以及电中性假设等,建立了ESIP膜分离过程的离子传递稳态模型。通过数值模拟考察了电流密度、膜厚、膜内离子活性位点浓度对膜分离系统中离子浓度和电阻分布的影响。【结果】在原料侧扩散层和膜相内,膜厚和离子活性位点浓度对离子浓度分布影响较大,降低膜厚、提高离子活性位点浓度是提高离子传质的主要方式。在高电流密度、低膜厚和高离子活性位点浓度下,原料侧扩散层电阻在整体电阻中占主导作用,通过增加流体流速或减小腔室厚度以提高离子传质速率。在低电流密度、较高膜厚下,Donnan层电阻占主导作用,通过增加膜的离子活性位点来提高离子传质速率。【结论】在高电流密度、低膜厚和高离子活性位点浓度下,减弱扩散层电阻(增加流体流速、减少腔室厚度)是实现ESIP性能优化的主要途径。

炭纸/石墨基体NiHCF膜的碱金属离子分离性能

采用毛细化学沉积法在炭纸/石墨颗粒复合导电基体的微孔通道内合成铁氰化镍(Nickel hexacyano fer-rate,NiHCF)薄膜,并考察了膜电极在碱金属溶液中的电控离子交换性能。通过扫描电子显微镜、能量色散谱、X射线光电子能谱、红外分子吸收光谱等分析了复合薄膜电极的表面形貌及组成;利用离子色谱检测了再生液中碱金属离子浓度变化;应用循环伏安法在1mol·L-1KNO3/CsNO3溶液中考察了膜电极的离子交换容量、循环寿命与再生能力。结果表明:炭纸/石墨复合基体具有三维多孔结构特征,复合基体NiHCF膜电极具有大的离子交换容量、低的扩散阻力、良好的循环稳定性与再生能力,可用于碱金属离子的选择性分离。

复合铁氰化镍膜电极分离溶液中Cs^+初步研究

在石墨-碳纤维-镍网复合多孔基体上通过毛细化学沉积法合成制备具有电控离子分离性能的铁氰化镍(Nickel Hexacyanoferrate,NiHCF)薄膜。采用循环伏安法(CV)考察了复合薄膜电极的离子交换容量、循环寿命、选择性与再生能力,并通过X射线能谱(Energy dispersive X-ray spectroscopy,EDS)分析了膜电极组成。实验结果表明:该复合NiHCF膜电极对Cs+具有良好的选择性、循环稳定性与再生能力;离子分离能力为80~100 mA/g、扩散阻力(氧化还原峰偏移)0.31 V。

多排石墨芯NiHCF膜电极电化学控制Cs^+分离

采用阴极电沉积方法在多排石墨芯(MRGC)基体上制备NiHCF薄膜,考察二电极体系下膜电极对溶液中Cs离子的置入和释放行为及其影响因素,并通过循环伏安法考察膜的再生性能。结果表明,当初始浓度为20mg·L-1时施加7V电压还原30min,Cs+去除率达84%;Cs/Na混合溶液中的分离系数可达40;氧化再生释放率达到61%。MRGC基体NiHCF膜电极在二电极体系下能有效分离模拟液中的Cs离子,且具有良好的再生能力。

α-ZrP/PANI电控离子交换膜对Pb^(2+)的选择性分离

采用电化学方法在水相中合成了一种新型的电活性α-磷酸锆(α-Zr P)/聚苯胺(PANI)阳离子交换材料,考察该膜在含Pb^(2+)溶液中的电控离子交换性能。分别在碳纳米管(CNTs)和PANI纳米纤维修饰的Au基体上制备了不同结构的α-ZrP/PANI杂化膜,并结合电化学石英晶体微天平(EQCM)技术,原位检测杂化膜的生长过程,分析其成膜机理。研究结果表明,在PANI纤维上制备的杂化膜因其三维多孔结构具有更高的离子交换容量;α-Zr P上的P-OH不仅能够为聚苯胺氧化还原提供氢质子,而且对Pb^(2+)表现出良好的吸附选择性,使该膜在中性含Pb^(2+)溶液中表现出良好的电活性。通过控制该杂化膜的氧化还原状态可以实现对重金属Pb^(2+)离子的选择性分离和回收。

铁氰化钴薄膜电极去除溶液中Sr^(2+)的初步研究

电沉积方法制得CoHCF(cobalt hexacyanoferrate)薄膜,考察了薄膜电极对离子的电控离子分离性能。通过循环伏安法、计时库仑法(CA)以及电化学石英晶体微天平(EQCM)分析了溶液中CoHCF薄膜电极的离子置入机制、电活性、电化学行为以及对Sr2+离子的选择性。通过XPS测定了氧化还原状态下CoHCF薄膜组成与元素价态。结果表明,CoHCF薄膜在Sr2+溶液中具有可逆的离子交换行为,对Sr2+离子的选择性大于Mg2+离子,通过电控离子分离方法可以实现Sr2+的有效分离。