作为电渗析、电去离子化、扩散透析等工艺的核心元件,离子交换膜被广泛用于饮用水生产、氯碱生产、废水处理等工业。但目前,我国生产的离子交换膜种类少,市场上绝大多数应用的仍是非均相离子交换膜,非均相离子交换膜虽价格便宜,但使用范围窄,使用寿命短,性能优异的均相膜仍依赖进口。聚偏氟乙烯(PVDF)为含氟乙烯基单体的共聚物,相比其他商业高分子膜材料,它具有极好的耐候性、热稳定性、化学稳定性和优异的机械性能。聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺酸膜(PVDF-g-PSSA)的制备,主要反应为碱化、接枝、磺化三个步骤,工艺简单、成本低、反应温度低、合成快,实验侧重研究了聚偏氟乙烯磺酸膜的抗氧化性和选择透过性。抗氧化性方面,测试了聚偏氟乙烯基膜、基膜碱化、接枝、磺化后的抗氧化性能变化,确定出磺化阶段对膜抗氧化性影响最大,分析认为磺酸基的引入位置和数量不可准确控制,这使得膜结晶度降低、结构疏松,是聚偏氟乙烯磺酸膜抗氧化性能降低的本质原因,所以为提高聚偏氟乙烯磺酸膜的抗氧化性,在膜其它性能达标的情况下,适当降低磺化程度。随后探究了磺化程度对聚偏氟乙烯磺酸膜选择透过性的影响,膜的选择透过性主要受膜上的活性基团密度和膜孔径影响,磺化初期膜上的活性基团密度逐渐增加,但磺酸基的引入会使得膜整体结构疏松,膜孔径变大,导致选择透过性下降。膜的各个性能之间相互影响,不可能同时都达到最好,一般来说,膜的交换容量越大,孔内电荷密度越大,对同电荷离子的选择透过性越好,但膜交联度越差,结构疏松,膜的抗氧化性能越差。综合考虑磺化时间取为5h,此时的离子交换容量为2.05mmol/g,氯离子泄漏率为11%,选择透过性为89%。选择透过性方面,自制的聚偏氟乙烯磺酸膜选择透过性为89%,氯离子泄漏率为11%,考虑等离子体处理的时效性,试验采用低温等离子体预处理接枝聚合苯乙烯,使得膜表面平整均匀、缩小膜孔,以提高膜的选择透过性。等离子体的主要影响因素为:等离子体处理时间、接枝单体浓度、辉光放电功率、气体氛围种类。分析得出:在空气氛围中,等离子体处理时间为3min,接枝单体苯乙烯浓度为60%,辉光放电功率为60W时,改性效果最好,氯离子泄漏率由11%降低至3%。在同等条件下,进一步探究了辉光放电气体氛围对改性效果的影响,在空气、氮气、氩气的氛围中改性后,氯离子泄漏率分别为3%、2.8%、2.5%,可见在氩气氛围中的等离子体改性效果最好,但相比空气并没有太大的提高,考虑成本,实际应用改性氛围仍将选用空气。通过聚偏氟乙烯磺酸膜改性前后电镜扫描图,在放大倍数为1000的条件下,可以看出改性前的膜有许多微小孔洞,对比改性后的膜表面更致密平整,这是由于低温等离子体辐照接枝改性后,膜表面产生链自由基,链与链之间以及链与苯乙烯单体之间相互结合,导致交联反应发生,膜表面形成致密的交联层,这能有效提高聚偏氟乙烯磺酸膜对氯离子的阻挡。为测试聚偏氟乙烯磺酸膜在膜法钴沉积中的实际应用性能情况,实验室模仿项目现场的运行,研究当离子交换膜为商品非均相膜、商品合金膜、PVDF-g-PSSA膜等离子体改性前后,四种膜在实验小试中的性能情况。经过48h的电解,改性后的PVDF-g-PSSA膜选择透过性最好,电流效率方面,改性后的PVDF-g-PSSA膜所需槽电压最高,但电流效率也最大,其它膜组的电流效率也都大于90%,表明了膜法钴电积的可行性。