一种离子交换膜性能测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种离子交换膜性能测试装置及测试方法，所述测试装置包括第一液体池、第二液体池以及可拆卸的导管，所述第一液体池前部设置有导管接口，且导管接口设置有可移动的挡板，所述导管接口一侧的第一液体池上表面设置有第一电极插口，所述导管接口相对一侧的第一液体池上表面设置有第二电极插口，所述第二液体池与第一液体池的结构完全相同，所述第一液体池和第二液体池由连接于导管接口的可拆卸的导管相连，所述导管内部设置有离子交换膜。所述装置能够实现对离子交换膜的电阻率、膜电位、选择透过性、离子渗透能力以及离子迁移能力进行测试，且测试方法简便，测试周期短，测试结果误差小。

【技术实现步骤摘要】
一种离子交换膜性能测试装置及测试方法
本专利技术属于化学仪器分析领域，涉及一种离子交换膜性能测试装置及测试方法。
技术介绍
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。离子交换膜是一类带有功能基的网状结构高分子化合物，其结构由三部分组成：不溶性的三维空间网状骨架，连接在骨架上的活性功能基团以及和活性功能基团所带的相反电荷的可交换离子。按交换基团性质的不同，离子交换膜可分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两类。离子交换膜可以制成均相膜和非均相膜两类。离子交换膜的最基本性能是对不同性质的离子具有选择透过性。关于离子交换膜的选择透过性机理，通常用传统的双电层理论或Donnan膜平衡理论加以解释。双电层理论认为膜中的活性基团在电离之后带有电荷，在固定基团附近与电解质溶液中带相反电荷可交换的离子形成双电层。以阳离子交换膜为例，固定基团构成足够强的负电场，使膜外溶液中带正电荷的离子容易被吸入孔隙中透过阳膜，而排斥带负电荷的离子使之不能进入和透过阳膜。阴膜的情况正好相反。从而使离子交换膜具有选择透过性。Donnan膜平衡理论认为，当离子交换膜浸入电解质溶液时，电解质溶液中的离子与膜内离子发生交换作用，最后达到平衡，构成平衡体系。平衡时阳膜内阳离子浓度大于溶液中阳离子浓度，阳膜内阴离子浓度小于溶液中阴离子浓度。这就说明溶液中与膜内固定离子符号相反的反离子容易进入膜内，而同性离子不容易进入膜内，所以离子交换膜对反离子具有选择透过性。当膜内的活性基团浓度与膜外溶液浓度相比足够大时，膜内同性离子浓度很低，即膜的选择透过性好。CN102455310A公开了一种采用交流电法测定离子交换膜面电阻的装置，所述的装置包括：测试电导池、控温水浴槽、LCR测试仪；所述的测试电导池置于控温水浴槽中，包括：固定的主臂和可转动设置在主臂上的副臂，该两臂下端相向设置有通过转动副臂可扣合的两个半室，该两个半室扣合夹紧离子交换膜；所述的两个半室的底面设有铂片电极，并分别通过两臂上的导线密封槽引出2根电极导线，并经开尔文夹引线与LCR测试仪连接。所述装置仅可用于离子交换膜面电阻的测试，不能用于其他离子交换膜性能的测试。CN203750428U公开了一种离子交换膜性能测试装置，包括两端板、两称重装置和两液压表，两称重装置上各置有一个储液器；所述端板的一侧面上设有凹槽，所述端板上设有与所述凹槽连通的进液口、出液口和液压表安装口，所述凹槽的槽底上连接有电极板，所述电极板上连接有穿出所述端板的电极引线；两液压表分别安装在两端板上的液压表安装口内；一端板上的进液口通过一供液管路和一供液泵与一储液器连通，该端板上的出液口通过一出液管路和一压力调节阀与该储液器连通；另一端板上的进液口通过另一供液管路和另一供液泵与另一储液器连通，该端板上的出液口通过另一出液管路和另一压力调节阀与该储液器连通；该测试装置还具有将两端板紧固连接在一起的连接装置和能与所述电极引线电连接的直流电源。所示测试装置还需借助电子天平等装置，且电极板不可更换，测试误差大。然而，现有技术中离子交换膜性能测试装置只能对离子交换膜的少数性能进行表征，不能实现对离子交换膜性能的全面测试，且装置结构复杂，测试方法繁琐。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种离子交换膜的测试装置及测试方法，所述装置能够实现对离子交换膜的电阻率、膜电位、选择透过性、离子渗透能力以及离子迁移能力进行测试，且测试方法简便，测试周期短，测试结果误差小。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术目的之一在于提供一种离子交换膜性能测试装置，所述测试装置包括第一液体池、第二液体池以及可拆卸的导管，所述第一液体池前部设置有导管接口，且导管接口设置有可移动的挡板，所述导管接口一侧的第一液体池上表面设置有第一电极插口，所述导管接口相对一侧的第一液体池上表面设置有第二电极插口，所述第二液体池与第一液体池的结构完全相同，所述第一液体池和第二液体池通过连接于导管接口的可拆卸的导管相连，所述可拆卸的导管内部设置有离子交换膜。其中，所述离子交换膜可先覆盖一根导管的开口，并通过防水粘合剂固定，再使用另一根开口涂有防水粘合剂的导管与第一根导管覆盖有离子交换膜一侧的开口完全重合粘结，即可得到含有离子交换膜的导管。所述导管优选为硬质导管，以免在测试过程中导管发生形变而影响离子的扩散效果和离子交换膜的有效测试面积。作为本专利技术优选的技术方案，所述可移动的挡板通过滑道实现导管接口的打开和关闭。优选地，所述滑道设置于所述导管接口所在表面的内部。本专利技术通过挡板的开关来实现离子交换性能测试的开始和终止，同时可以实现对测试时间的控制，且挡板关闭后液体池中的液体浓度就不再改变，可以较为精确的测试出某一时刻液体池中液体的浓度。浓度测试可采用滴定、紫外光谱等方法，均为常规技术手段，说明书中不再赘述。作为本专利技术优选的技术方案，所述第一电极插口与第二电极插口的形状分别独立地包括圆形、椭圆形、三角形、四边形、五边形或六边形中任意一种。作为本专利技术优选的技术方案，所述可拆卸的导管的端口形状包括圆形、三角形、四边形、五边形或六边形中任意一种。其中，所述第一电极插口、第二电极插口和导管的形状并不限于上述形状，还可以是任意多边形，其形状为闭合形状即可。优选地，所述导管接口形状与可拆卸的导管的端口形状相同。优选地，所述导管接口内部为磨砂面，导管通过插入导管接口实现导管与第一液体池和第二液体池的连接。其中，所述导管与导管接口形状相同，且导管的外横截面积应等于或稍大于导管接口的面积，且导管接口内部设置为磨砂面，以实现导管插入导管接口后二者的紧密连接，防止测试液体泄漏。本专利技术目的之二在于提供一种离子交换膜性能测试的方法，所述方法使用上述测试装置对离子交换膜的电阻率、膜电位、选择透过性、离子渗透能力以及离子迁移能力进行测试。作为本专利技术优选的技术方案，所述离子交换膜的电阻率测试包括以下步骤：(1)向离子交换膜性能测试装置中的第一液体池和第二液体池中加入等体积、等浓度的相同电解质溶液，并在所述第一液体池和第二液体池的第一电极插孔中插入面积相同的电极；(2)使用不含有离子交换膜的导管连接步骤(1)所述第一液体池和第二液体池并打开导管接口的挡板，测试溶液电阻；(3)使用含有被测离子交换膜的导管连接步骤(1)所述第一液体池和第二液体池并打开导管接口的挡板，测试溶液和离子交换膜的总电阻。其中，第一液体池和第二液体池中的电解质溶液应为不与水和空气反应，且自身不发生反应的酸溶液、碱溶液或盐溶液，以免反应造成溶液浓度变化，而造成测试的误差。其中，所述电极可以是石墨板电极、铂电极或玻碳电极中的任意一种，所述第一液体池和第二液体池中插入的电极的种类以及面积相同。所述溶液电阻以及溶液和离子交换膜的总电阻可以使用万用表或LCR数字电桥进行测量。所述离子交换膜的电阻值即为步骤(3)测试得到的溶液和离子交换膜的总电阻减去步骤(2)测试得到的溶液电阻而得到的电阻值。作为本专利技术优选的技术方案，所述离子交换膜的膜电位和选择透过性的测试方法包括以下步骤：(1)向离子交换膜性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子交换膜性能测试装置，其特征在于，所述测试装置包括第一液体池、第二液体池以及可拆卸的导管，所述第一液体池前部设置有导管接口，且导管接口设置有可移动的挡板，所述导管接口一侧的第一液体池上表面设置有第一电极插口，所述导管接口相对一侧的第一液体池上表面设置有第二电极插口，所述第二液体池与第一液体池的结构完全相同，所述第一液体池和第二液体池通过连接于导管接口的可拆卸的导管相连，所述可拆卸的导管内部设置有离子交换膜。

【技术特征摘要】
1.一种离子交换膜性能测试装置，其特征在于，所述测试装置包括第一液体池、第二液体池以及可拆卸的导管，所述第一液体池前部设置有导管接口，且导管接口设置有可移动的挡板，所述导管接口一侧的第一液体池上表面设置有第一电极插口，所述导管接口相对一侧的第一液体池上表面设置有第二电极插口，所述第二液体池与第一液体池的结构完全相同，所述第一液体池和第二液体池通过连接于导管接口的可拆卸的导管相连，所述可拆卸的导管内部设置有离子交换膜。2.根据权利要求1所述测试装置，其特征在于，所述可移动的挡板通过滑道实现导管接口打开和关闭；优选地，所述滑道设置于所述导管接口所在表面的内部。3.根据权利要求1或2所述测试装置，其特征在于，所述第一电极插口与第二电极插口的形状分别独立地包括圆形、三角形、四边形、五边形或六边形中任意一种。4.根据权利要求1-3任一项所述测试装置，其特征在于，所述可拆卸的导管的端口形状包括圆形、三角形、四边形、五边形或六边形中任意一种；优选地，所述导管接口形状与可拆卸的导管的端口相同；优选地，所述导管接口内部为磨砂面，所述可拆卸的导管通过插入导管接口实现导管与第一液体池和第二液体池的连接。5.一种离子交换膜性能测试的方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1-4任一项所述测试装置对离子交换膜的电阻率、膜电位、选择透过性、离子渗透能力以及离子迁移能力进行测试。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述离子交换膜的电阻率测试包括以下步骤：(1)向离子交换膜性能测试装置中的第一液体池和第二液体池中加入等体积、等浓度的相同电解质溶液，并在所述第一液体池和第二液体池的第一电极插孔中插入面积相同的电极；(2)使用不含有离子交换膜的导管连接步骤(1)所述第一液体池和第二液体池并打开导管接口的挡板，使用万用表或LCR数字电桥测试溶液电阻；(3)使用含有被测离子交换膜的导管连接步骤(1)所述第一液体池和第二液体池并...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，练健，
申请(专利权)人：工业和信息化部电子第五研究所华东分所，
类型：发明
国别省市：江苏,32