[發明專利]一種離子交換膜性能測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 201710971155.3
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107607459A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 張琦;練健
• 申請（專利權）人: 工業和信息化部電子第五研究所華東分所
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 孟金喆

技術領域

本發明屬于化學儀器分析領域，涉及一種離子交換膜性能測試裝置及測試方法。

背景技術

離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。一般在應用時主要是利用它的離子選擇透過性，所以也稱為離子選擇透過性膜。在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號離子進行交換。離子交換膜是一類帶有功能基的網狀結構高分子化合物，其結構由三部分組成：不溶性的三維空間網狀骨架，連接在骨架上的活性功能基團以及和活性功能基團所帶的相反電荷的可交換離子。按交換基團性質的不同，離子交換膜可分為陽離子交換膜和陰離子交換膜兩類。離子交換膜可以制成均相膜和非均相膜兩類。

離子交換膜的最基本性能是對不同性質的離子具有選擇透過性。關于離子交換膜的選擇透過性機理，通常用傳統的雙電層理論或Donnan膜平衡理論加以解釋。雙電層理論認為膜中的活性基團在電離之后帶有電荷，在固定基團附近與電解質溶液中帶相反電荷可交換的離子形成雙電層。以陽離子交換膜為例，固定基團構成足夠強的負電場，使膜外溶液中帶正電荷的離子容易被吸入孔隙中透過陽膜，而排斥帶負電荷的離子使之不能進入和透過陽膜。陰膜的情況正好相反。從而使離子交換膜具有選擇透過性。Donnan膜平衡理論認為，當離子交換膜浸入電解質溶液時，電解質溶液中的離子與膜內離子發生交換作用，最后達到平衡，構成平衡體系。平衡時陽膜內陽離子濃度大于溶液中陽離子濃度，陽膜內陰離子濃度小于溶液中陰離子濃度。這就說明溶液中與膜內固定離子符號相反的反離子容易進入膜內，而同性離子不容易進入膜內，所以離子交換膜對反離子具有選擇透過性。當膜內的活性基團濃度與膜外溶液濃度相比足夠大時，膜內同性離子濃度很低，即膜的選擇透過性好。

CN 102455310 A公開了一種采用交流電法測定離子交換膜面電阻的裝置，所述的裝置包括：測試電導池、控溫水浴槽、LCR測試儀；所述的測試電導池置于控溫水浴槽中，包括：固定的主臂和可轉動設置在主臂上的副臂，該兩臂下端相向設置有通過轉動副臂可扣合的兩個半室，該兩個半室扣合夾緊離子交換膜；所述的兩個半室的底面設有鉑片電極，并分別通過兩臂上的導線密封槽引出2根電極導線，并經開爾文夾引線與LCR測試儀連接。所述裝置僅可用于離子交換膜面電阻的測試，不能用于其他離子交換膜性能的測試。

CN 203750428 U公開了一種離子交換膜性能測試裝置，包括兩端板、兩稱重裝置和兩液壓表，兩稱重裝置上各置有一個儲液器；所述端板的一側面上設有凹槽，所述端板上設有與所述凹槽連通的進液口、出液口和液壓表安裝口，所述凹槽的槽底上連接有電極板，所述電極板上連接有穿出所述端板的電極引線；兩液壓表分別安裝在兩端板上的液壓表安裝口內；一端板上的進液口通過一供液管路和一供液泵與一儲液器連通，該端板上的出液口通過一出液管路和一壓力調節閥與該儲液器連通；另一端板上的進液口通過另一供液管路和另一供液泵與另一儲液器連通，該端板上的出液口通過另一出液管路和另一壓力調節閥與該儲液器連通；該測試裝置還具有將兩端板緊固連接在一起的連接裝置和能與所述電極引線電連接的直流電源。所示測試裝置還需借助電子天平等裝置，且電極板不可更換，測試誤差大。

然而，現有技術中離子交換膜性能測試裝置只能對離子交換膜的少數性能進行表征，不能實現對離子交換膜性能的全面測試，且裝置結構復雜，測試方法繁瑣。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種離子交換膜的測試裝置及測試方法，所述裝置能夠實現對離子交換膜的電阻率、膜電位、選擇透過性、離子滲透能力以及離子遷移能力進行測試，且測試方法簡便，測試周期短，測試結果誤差小。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明目的之一在于提供一種離子交換膜性能測試裝置，所述測試裝置包括第一液體池、第二液體池以及可拆卸的導管，所述第一液體池前部設置有導管接口，且導管接口設置有可移動的擋板，所述導管接口一側的第一液體池上表面設置有第一電極插口，所述導管接口相對一側的第一液體池上表面設置有第二電極插口，所述第二液體池與第一液體池的結構完全相同，所述第一液體池和第二液體池通過連接于導管接口的可拆卸的導管相連，所述可拆卸的導管內部設置有離子交換膜。

其中，所述離子交換膜可先覆蓋一根導管的開口，并通過防水粘合劑固定，再使用另一根開口涂有防水粘合劑的導管與第一根導管覆蓋有離子交換膜一側的開口完全重合粘結，即可得到含有離子交換膜的導管。

所述導管優選為硬質導管，以免在測試過程中導管發生形變而影響離子的擴散效果和離子交換膜的有效測試面積。