[发明专利]一种采用交流电法测定离子交换膜面电阻的装置

说明书

技术领域

本发明涉及离子交换膜面电阻的测试领域，具体地，本发明涉及一种采用交流电法测定离子交换膜面电阻的装置。

背景技术

离子交换膜的面电阻是衡量膜电化学性能的重要指标，通常膜的面电阻值越小，说明离子在膜内的迁移速度越快，离子交换膜的导电能力越强。离子交换膜面电阻的大小主要取决于膜内活性离子基团的浓度。一般而言，膜的交换容量越大，同时含水量越高，则膜的面电阻越小。其中离子交换基团的性质(解离度)、膜结构特征(交联度)、膜厚度等是影响膜面电阻的内部因素。此外，膜的面电阻还受膜外溶液的离子浓度、种类和温度等外在因素的影响。

离子交换膜的面电阻大小是影响电膜技术在实际生产过程中能耗高低的关键因素。由于不同企业的制备工艺、生产技术水平等不同，造成不同来源离子交换膜的性能存在差别，也会直接体现在离子交换膜面电阻值的大小不同。进行膜面电阻的测定，不仅可用于不同生产企业、不同制备方法和不同类型的离子交换膜的性能评价，而且可用于考察离子交换膜在使用过程中其电化学性能的变化、膜污染状况及使用寿命等，可为膜材料的生产、选择与应用提供依据。

根据测定离子交换膜的面电阻时所使用的电源类型，可将测定方法分为直流电法和交流电法。其中，采用交流电法测定膜的面电阻时，莫剑雄等[水处理技术，1986，2：84-87]提出的等效电路图包括：电极反应电阻Rp、溶液电阻Rs(当电导池加入膜时，该电阻被分为串联的两个电阻Rs1和Rs2)、待测离子交换膜的电阻Rm，以及电极和电解质离子所产生的双电层电容Cps、膜和电解质溶液接触面所产生的电容Cms、两个电极之间的电容Cee等，在相同条件下，Rp、Rs、Cps、Cee可视为定值。测定时采用差值法，当不含离子交换膜时，测得体系阻抗|Z|1的实值部分R1＝Rp+Rs；当加入离子交换膜之后，测得体系阻抗|Z|2的实值部分R2＝Rp+Rs+Rm，离子交换膜的电阻Rm＝R2-R1。但未提供基于该原理的测试装置。

近年来俄罗斯和法国的科研人员开展合作研究，对微分-差分法(Differential-difference method，DDM)、水银接触法(Mercury-contact method，MCM)、差分法(Difference method，DM)等测定离子交换膜电导率的三种方法进行了比较研究[Karpenko et al，Russian Journal of Electrochemistry，37(2001)287-293；Nouris et al，European Polymer Journal 38(2002)1907-1913；Chaabane et al，Journal of Membrane Science 298(2007)126-135]，发现测试电极、测试装置和测试频率等都会影响膜电阻的测定，对于同一种离子交换膜，采用不同的测试方法，测试结果也有明显的差别。这三种方法都存在缺点，如差分法在稀溶液的测量误差较大；微分-差分法的测试装置结构又过于复杂；水银接触法使用了金属汞，测量时会对离子交换膜产生破坏，而且对膜预处理要求严格。研制简便适用的离子交换膜面电阻测试装置仍需要进一步开展研究。

由于采用交流电法测定离子交换膜面电阻的影响因素较多，而且需要设计专用的测试装置。鉴于目前还没有适用于离子交换膜面电阻测试的商品化仪器，各个研究机构和离子交换膜的生产厂家大多是采用自行加工的装置进行面电阻测试。由于这些测试装置不仅结构差别较大，而且所用的测试溶液体系、测试条件等也各不相同，因此，所测得的结果差异较大，可比性也差。

本发明在现有研究基础上，通过设计专用的测试电导池、控温水浴槽、选用带开尔文夹测试引线的LCR测试仪等，研制离子交换膜面电阻的测试装置，并确定合适的测试条件和方法。

发明内容

本发明的目的是为不同来源、不同类型的离子交换膜，以及考察离子交换膜在使用过程中的性质变化等，提供一种简便适用的离子交换膜面电阻的测试装置和方法，可用于不同离子交换膜的性能考察与评价。

本发明所述的采用交流电法测定离子交换膜面电阻的装置包括：测试电导池I、控温水浴槽II、LCR测试仪III；

所述的测试电导池I置于控温水浴槽II中，包括：固定的主臂8和可转动设置在主臂8上的副臂3，该两臂下端相向设置有通过转动副臂3可扣合的两个半室5，该两个半室5扣合夹紧离子交换膜10；

所述的两个半室5的底面设有铂片电极6，并分别通过两臂上的导线密封槽4引出2根电极导线，并经开尔文夹引线与LCR测试仪连接。