Nanostructured anion exchange membranes based on poly(arylene piperidinium) with bis-cation strings for diffusion dialysis in acid recovery

芳烯 离子交换 热稳定性 离子键合 高分子化学 化学工程 扩散 材料科学 化学 离子 有机化学 烷基 芳基 工程类 物理 热力学 生物化学
作者
Binghui Liu,Yuting Duan,Tingting Li,Jialin Li,Haiqiu Zhang,Chengji Zhao
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:282: 120032-120032 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2021.120032
摘要

• The prepared AEMs demonstrated excellent microphase separation structures and were used for acid recovery by diffusion dialysis. • The ion transport channels can be controlled by regulating the content of ionic groups within the AEM. • These membranes displayed superior ionic conductivity, thermal stability and mechanical properties. • Under ambient conditions, AEMs exhibited significant acid fluxes U H + (10 × 10 -3 − 65 × 10 -3 m/h) and separation factor (16–25). A series of anion exchange membranes (AEMs) based on poly(arylene piperidinium) with bis -cation strings were prepared by a simple synthetic method for diffusion dialysis (DD). Through Menshutkin reaction, 1-(6-bromohexyl)-1-methylpiperidinium bromide was grafted onto the hydrophobic poly(arylene piperidine) backbone to produce side-chain-type AEMs with bis- piperidinium strings (QPBPipXAc). The self-assembled nanostructure of these AEMs was verified by SAXS and AFM images. The properties and DD performance of QPBPipXAc AEMs with different contents of bis- piperidinium ionic groups were systematically studied, including mechanical properties, ionic conductivity, thermal stability. The prepared AEMs demonstrated favorable overall properties due to the formation of self-assembled nanostructured hydrophilic-hydrophobic phase separation morphology. The hydrophilic domains provide more efficient ion transport channels for high acid flux, whereas the hydrophobic domains restrict the AEMs swelling and Fe 2+ ion transport. The prepared QPBPipXAc AEMs displayed high H + dialysis coefficients (U H + , 10 × 10 -3 − 65 × 10 -3 m/h) and separation coefficients (S, 15.67–25.38). Compared with the commercial membrane DF-120 (U H + = 9 × 10 -3 m/h, S = 18.5), the prepared AEMs have better diffusion dialysis performance, indicating that they could be the potential candidates for application for acid recovery.
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