均相离子交换膜

　　《均相离子交换膜》是“先进化工材料关键技术丛书”（第二批）的一个分册。本书基于作者团队多年研究经验与实践成果的积累，系统介绍了均相离子交换膜的概况、国内外研究前沿、离子膜制备新工艺、规模化生产技术及工业应用。内容包括：绪论、基础理论及表征方法、侧链工程学制备均相离子交换膜、聚酰基化制备均相离子交换膜、超强酸催化制备均相离子交换膜、超分子化学组装制备均相离子交换膜、自具微孔均相离子交换膜、新型微孔框架离子分离膜、均相离子交换膜组件设计及工程应用实例。本书是多项国家和省部级科技奖、国际发明专利奖成果的总结，适合材料、化工领域，尤其是膜材料领域科研和工程技术人员阅读，也可供高等院校高分子、功能材料、化工及相关专业师生参考。

　　徐铜文，中国科学技术大学讲席教授、博士生导师，中国化工学会会士，享受国务院政府特殊津贴。1989年、1992年分别获得合肥工业大学学士和硕士学位，1995年获天津大学博士学位，1997年南开大学博士后出站加入中国科技大学工作至今，期间先后在东京大学、东京工业大学、韩国光州科技研究所访问研究。兼任民建科大支部主委。他先后入选“长江学者”特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，国家重点研发计划首席科学家，国家百千万人才工程，中科院王宽诚产研人才计划；目前担任中国膜工业协会电驱动膜专委会主任，Journal of Membrane Science编辑、《化工学报》等期刊编委，曾担任国家自然科学基金委员会第13-14届化学工程学科评审组成员，高等学校应用化学与化工基础教学改革联合协作组成员；在Adv Mater， Angew Chem Int Ed， J Am Chem Soc， Chem， Nat Commun， Energy environ sci， AIChE J等期刊发表论文500余篇，2014以来连续入选Elsevier高被引作者名单。出版中文专著三部，主编英文专著3部，受邀撰写中英文专著有关章节30余章。获得授权发明专利80余项，部分成果已经推广应用。获得国家技术发明二等奖1次（排1），省部级及行业协会一等奖5次、二等奖2次。他还先后获得中国科大-唐立新优秀学者奖、侯德榜化工科学技术（创新）奖、合芜蚌自主创新综合试验区创新人才奖、安徽省青年科技奖、全国优秀化工科技工作者、中国科大海外校友基金会优秀青年教师奖、中国石油化工协会创新团队奖、民建全国优秀会员等荣誉，2019年获中共中央、国务院、中央军委颁发的庆祝中华人民共和国成立70周年纪念章。

第一章  绪论 001
第一节　离子交换膜的定义及分类 002
一、离子交换膜的定义 002
二、离子交换膜的分类 002
第二节　离子交换膜的发展历史 008
第三节　离子交换膜主要应用领域 013
一、能量转化与存储 013
二、物质转化与产物分离 025
三、水处理 038
第四节　离子交换膜制备 038
一、侧链工程学制备均相离子交换膜 040
二、聚酰基化制备均相离子交换膜 040
三、“无醚”聚合物离子交换膜的开发 041
四、超分子化学组装制备均相离子交换膜 042
五、自具微孔离子交换膜的开发和应用 042
第五节　离子交换膜展望 043
参考文献 046
第二章  基础理论及表征方法 051
第一节　均相离子交换膜技术基本原理 052
一、Donnan平衡理论 052
二、传质过程理论 054
三、过程极化 058
第二节　离子交换膜基本参数及表征 073
第三节　面向能源应用领域离子交换膜的参数及表征 080
一、燃料电池隔膜表征方法 080
二、液流电池隔膜表征方法 084
三、电解水制氢隔膜表征方法 086
参考文献 087
第三章  侧链工程学制备均相离子交换膜 089
第一节　侧链工程学概述 090
一、Nafion的结构-形貌 090
二、接枝型聚合物微相分离 091
第二节　侧链离子交换膜结构设计 092
一、侧链阳离子交换膜结构设计 092
二、侧链阴离子交换膜结构设计 108
第三节　侧链离子交换膜交联 120
一、通过不饱和端基交联制备自交联型离子聚合物 120
二、侧链氢键交联  121
三、互穿网络 122
第四节　侧链离子交换膜功能基团设计 122
一、侧链阳离子交换膜功能基团设计 122
二、侧链阴离子交换膜功能基团设计 122
第五节　侧链离子交换膜微观形貌 126
一、侧链阳离子交换膜微相分离 126
二、侧链阴离子交换膜微相分离 128
第六节　侧链离子交换膜应用性能评价 130
一、燃料电池 130
二、扩散渗析 132
三、电渗析 132
第七节　小结与展望 133
参考文献 134
第四章  聚酰基化制备均相离子交换膜 143
第一节　聚酰基化反应概述 144
一、聚醚酮/聚醚砜类材料合成原理 144
二、聚酰胺类/聚酰亚胺类材料合成原理 146
三、酸性介质和反应条件对反应的影响 150
第二节　聚酰基化制备阳离子交换膜 151
一、聚酰基化制备聚醚酮类阳离子交换膜 151
二、聚酰基化制备聚酰亚胺类阳离子交换膜 156
三、聚酰基化/杂环化制备聚苯并咪唑阳离子交换膜 161
第三节　聚酰基化制备阴离子交换膜 165
一、聚酰基化制备侧链季铵型聚醚酮阴离子交换膜 165
二、聚酰基化制备主链含冠醚的侧链季铵型聚醚酮阴离子交换膜 169
第四节　聚酰基化制备离子交换膜应用性能评价 170
一、质子交换膜燃料电池 170
二、碱性燃料电池 178
参考文献 179
第五章  超强酸催化制备均相离子交换膜 185
第一节　概述 186
第二节　超强酸催化制备聚合物 187
一、超强酸催化作用 187
二、超强酸催化在聚合物制备中的应用 190
第三节　超强酸催化制备离子交换膜 194
一、超强酸催化法制备离子交换膜的意义及优势 194
二、超强酸催化制备阴离子交换膜 199
三、超强酸催化制备质子交换膜 223
第四节　超强酸催化制备离子交换膜应用性能评价 227
一、燃料电池 227
二、碱性膜电解水制氢 233
第五节　小结与展望 239
参考文献 240
第六章　超分子化学组装制备均相离子交换膜 243
第一节　概述 244
第二节　超分子化学构筑均相离子交换膜 245
一、π-π作用构筑均相离子交换膜 245
二、氢键作用构筑均相离子交换膜 247
三、离子-偶极作用构筑均相离子交换膜 249
四、主客体作用构筑均相离子交换膜 267
第三节　自组装类均相离子交换膜应用性能评价 279
一、氢键作用促进H 选择性渗透 279
二、离子-偶极作用网络促进燃料电池性能 281
第四节　小结与展望 282
参考文献 283
第七章  自具微孔均相离子交换膜 285
第一节　自具微孔均相离子交换膜概述 286
第二节　自具微孔聚合物的制备 287
一、二苯并二氧己环型 287
二、Tr?ger’s Base型 292
三、聚酰亚胺型 294
四、聚氧杂蒽型 298
五、其他类型 299
第三节　自具微孔聚合物的荷电化制备均相离子交换膜 306
一、氰基的水解与氨肟化制备均相离子交换膜 307
二、季铵化反应制备均相阴离子交换膜 310
三、磺化反应制备均相阳离子交换膜 314
第四节　自具微孔均相离子交换膜的应用性能评价 315
一、燃料电池 316
二、液流电池 320
第五节　小结与展望 326
参考文献 327
第八章  新型微孔框架离子分离膜 333
第一节　概述 334
第二节　新型微孔框架离子分离膜 336
一、金属有机框架膜 336
二、共价有机框架膜 350
三、多孔有机笼膜 370
第三节　微孔框架离子分离膜应用性能评价 378
第四节　小结与展望 379
参考文献 380
第九章  均相离子交换膜组件设计及工程应用实例 389
第一节　均相离子交换膜组件设计 390
一、扩散渗析器 390
二、电渗析器 396
第二节　酸回收应用案例 412
一、项目背景 412
二、电子刻蚀（电极箔行业）废酸回收 412
三、湿法加工业废酸回收 413
第三节　碱回收 413
第四节　黏胶纤维应用实例 414
一、碱法浆压液电渗析工艺生产木糖 415
二、利用电渗析技术处理碱法浆压液优势 417
第五节　冶金行业应用实例 417
一、冶金行业污酸废水电渗析工艺 417
二、电渗析处理污酸废水工艺 418
三、利用电渗析技术处理污酸废水优势 420
第六节　高盐废水处理实用案例 420
一、电渗析处理氯化铵废水工艺 420
二、利用电渗析技术处理高盐废水优势 422
第七节　小结与展望 422
参考文献 423
索引 425