离子交换膜作为一种半透膜,其主体高分子结构携带有荷正电或荷负电的功能基团,可选择性分离溶液体系中自由解离的阴离子与阳离子,在化工分离、环境水处理、能量转化等领域有重要应用。随着过程工业的逐步发展,针对目标物质更加精细的分离需求也日益提升。单价离子选择性分离膜可以选择性筛分单价离子而阻隔多价离子,最终实现不同价态离子间的筛分。商用单价离子选择性分离膜通常存在选择系数低、电阻高、长期稳定性差的问题。功能层的化学构筑、膜主体结构的物理优化、功能分子的精确设计是提升单价离子选择性分离膜性能的传统方法。本文,我们从新工艺的角度出发,结合膜污染理论并利用电沉积的方法,制备得到一系列性能优越的单价离子选择性分离膜,其具体研究内容如下:(1)采用电沉积聚合物电解质的方式制备了单价阴离子选择性分离膜。通过将磺化聚苯醚聚电解质配制成胶体溶液,并参考膜污染发生的条件,在极限电流密度以上的电场强度下将聚电解质沉积在阴离子交换膜表面形成反电荷功能层。通过对表面形貌、粗糙度和沉积物含量的测试,我们发现改性过程中出现了水解离和电对流效应,这和膜污染的过程非常类似。用这样的方法在10mA/cm2条件下制备的膜不仅具有合适的电化学性能,同时能产生PSO(?)C(?)高达52.44的阴离子选择性。(2)通过电沉积芳香类氨基酸制备了单价阳离子选择性分离膜。选用小分子色氨酸作为改性功能分子,并调节溶液酸碱度将氨基酸转化为荷正电的离子,然后参考膜污染过程,在极限电流密度以下的不同电场强度下制备单价阳离子选择性分离膜。通过形貌测试以及电化学阻抗谱等性能测试,最终我们发现色氨酸能吸附在基膜表面和表层内部的离子通道中,并且利用静电排斥,亲疏水性差异和离子通道的拦截作用而产生单价离子选择性,而且色氨酸的沉积效果、选择性优化效果和改性电流密度之间呈现了较好的规律性。这一发现为今后对电沉积膜改性工艺的进一步深入奠定了基础。(3)在电沉积过程中引入活性反应原位构筑离子选择性功能层。在膜制备过程中,我们采用具有高反应活性的二氯均三嗪型活性染料作为改性功能分子,同时在基膜表面引入羟基和氨基,并和染料上的活性氯原子在电场驱动下发生原位亲核取代。经过结构形貌表征、电化学测试和离子选择性能等测试验证,最终我们制备出离子选择性高,稳定性强,电化学性能良好的单价阴离子选择性分离膜。活性染料和基膜之间的化学作用提供了稳定的结合力,并且电驱动力使染料分子的沉积效率更高,改性效果大大增强。基于以上所述,本文开发了一种电沉积工艺,能够在膜表面制备出均匀、电荷密度较高的反电荷功能层,从而可以得到综合性能优异的单价离子选择性分离膜。