電沉積MHCF（M=Ni，Co，Cu）薄膜系列的制備及其在堿土金屬溶液中的電控離子分離性能.pdf

1、普魯士蘭的過渡金屬類似物(MHCF)由于其獨特的化學計量關(guān)系和分子結(jié)構(gòu)特征而成為電控離子分離膜的首選材料，將其在導電基體上制成薄膜后，通過電化學方法控制膜在氧化和還原狀態(tài)間轉(zhuǎn)化，從溶液中可逆的置入和釋放離子，從而使溶液中的離子得到分離并使膜得到再生。具有代表性的NiHCF膜由于對堿金屬離子的選擇性不同，已用于堿金屬離子的分離，尤其是去除廢液中難以分離的放射性137Cs。理論上來講，電化學控制離子分離(ECIS)過程同樣適用于其它陽離子和

2、陰離子的分離，考慮到質(zhì)量數(shù)為90的鍶是一種放射性同位素，本文開展了系列膜用于二價堿土金屬離子分離的研究，拓展了普魯士藍類似物用于電控離子分離的領(lǐng)域。 本文通過電化學方法在鉑片/鍍鉑的石英晶片上制得MHCF(M=Ni,Co,Cu)系列膜。通過循環(huán)伏安法在0.1 mol·L-1 Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、Sr(NO3)2和Ba(NO3)2溶液中可逆置入和釋放堿土金屬離子，比較了不同溶液中系列膜MHCF(M=Ni,Co,Cu

3、)電極的電活性、電化學行為和離子的置入機制；在Mg2+/Ba2+、Mg2+/Sr2+濃度比依次為0.1(純的Mg(NO3)2溶液)，0.099/0.001，0.09/0.01，0.08/0.02,0.03/0.07,0(純的Ba(NO3，)2和Sr(NO3)2溶液)的混合溶液中結(jié)合電化學石英晶體微天平(EQCM)原位檢測了不同濃度下系列膜電極氧化還原過程中的伏安特性曲線和頻率響應，分析了系列膜對Mg2+/Ba2+、Mg2+/Sr2+離子

4、的選擇性；結(jié)合計時庫侖法(CA)分析了離子置入置出薄膜時，陽離子、陰離子及溶劑的作用。此外通過壽命實驗，檢測了系列膜的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，MttCF(M=Ni,Co,Cu)系列膜在二價堿土金屬溶液中具有可逆的離子交換行為，系列膜對Ba2+、Sr2+離子的選擇性大于Mg2+離子，氧化還原過程中主要通過陽離子的交換維持膜的電中性，系列膜在Sr(NO3)2溶液中的穩(wěn)定性最好，通過電控離子分離方法可以實現(xiàn)堿土金屬離子的有效分離。 為了更有

5、力的說明MHCF(M=Ni,Co,Cu)系列膜對堿土金屬離子的電控離子分離性能，通過XPS測定了NiHCF膜的化學組成，氧化還原狀態(tài)下元素價態(tài)以及系列膜MttCF(M=Ni,Co,Cu)在0.1mo1·L-1Mg(NO3)2、Sr(NO3)2和Ba(NO3)2溶液中經(jīng)電化學循環(huán)后，置于還原態(tài)下10min后膜內(nèi)堿土金屬離子的XPS圖譜。結(jié)果表明，F(xiàn)e元素是膜的活性中心，通過調(diào)節(jié)膜的電極電位確實可以達到控制氧化還原態(tài)的目的。還原態(tài)下MttC