均相离子交换膜

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’sBase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

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。他先后入选教育部“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。