[发明专利]原位监测离子交换膜表面电化学特性方法及监测装置

说明书

本发明涉及到一种原位监测离子交换膜表面电化学特性方法，该测试体系包括四电极体系测试装置、电化学工作站、控温水浴槽和齿轮泵。将待测离子交换膜放入四电极体系装置中使膜面与电解质溶液接触构成串联电路。电化学工作站对监测装置施加一个小振幅的扰动信号收集响应的电流或电压信号，反映在电化学工作站自带的Nova软件中形成阻抗谱或导纳谱。然后利用等效电路模型对阻抗谱或导纳谱进行非线性最小二乘法拟合、分析，获得该体系的电化学信息后通过拟合得出离子交换膜界面层各部分的电化学参数值。本发明的有益效果是：准确性高、简单实用，并且对离子交换膜的测量是非损伤性的,也有助于提高测试精度和减小膜不均匀性所引起的误差。

技术领域

本发明涉及一种离子交换膜技术领域，特别涉及一种原位监测离子交换膜表面电化学特性方法及其监测装置。

背景技术

反向电渗析是一种无污染、可持续的产能方法，可将两种溶液混合时产生的自由能转化成电能，而且此系统可以应用在任何两种不同盐浓度溶液混合的场所，例如，河流入海口等。该产电技术装置简单且清洁无污染，具有很好的应用前景，因而受到了广泛关注和研究。

离子交换膜作为反向电渗析装置的核心部件，其性能可直接影响装置的产电性能。然而，水体中的污染物质可通过静电作用力和化学吸附作用粘附在离子交换膜表面和/或进入膜内部，并在膜表面形成污染层。膜污染造成的功率消耗增加，膜寿命缩短等现象已成为限制反向电渗析产电装置的应用和经济可行性的主要问题。膜污染过程中会伴随着膜表面电化学特性的变化。

关于离子交换膜电化学特性的评价方法有多种，例如：计时电势分析法、线性扫描伏安法及电化学阻抗谱等。然而，目前没有一个可靠且全面的方法来评价离子交换膜的电化学性质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单可靠的电化学特性评价方法及其监测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种原位监测离子交换膜表面电化学特性方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)配制测试电解质溶液；

(2)将待测离子交换膜放入到四电极测试装置中的夹膜部件中待测；

(3)将四电极测试装置与电化学工作站及齿轮泵连接，启动齿轮泵，将步骤(1)配置的电解液溶液打入到四电极测试装置中，运行一段时间，使离子交换膜状况稳定下来；

(4)采用电化学阻抗谱法，通过电化学工作站对监测装置施加一个小振幅的扰动信号及正弦交流电压或电流，并由电化学工作站收集响应的电流或电压信号，反映在电化学工作站自带的Nova软件中，形成阻抗谱EIS或导纳谱；

(5)停止四电极测试装置的运行，断开四电极测试装置与电化学工作站及齿轮泵的连接，拆卸四电极测试装置取出离子交换膜；

(6)重新组装好四电极测试装置并与电化学工作站及齿轮泵连接，做空白实验，得到空白溶液的阻值；

(7)利用等效电路模型对步骤(4)中得到的阻抗谱或导纳谱进行非线性最小二乘法拟合、分析，获得该离子交换膜的电化学特征信息。

步骤(1)中所述的电解质溶液为NaCl溶液或不同浓度不同组分的无机盐溶液，配制电解质溶液使用的无机盐纯度级别为优级纯，使用的配水为去离子水。

步骤(2)中待测离子交换膜测试前要在测试浓度的电解质溶液中浸泡24h，期间更换4次溶液，以去除膜内残留的化学溶剂。

步骤(3)中的电解质溶液是循环运行的。

步骤(3)中制得的电解质溶液的环境温度为10℃～40℃。

步骤(4)中EIS的测试频率为1000～0.01Hz，交流电压的振幅为0.01V，每次测试取50个频率点；测试开始前的开路电势设置为装置的初始电势。