English
往期目录
新闻公告
More
化学进展 2010, Vol. 22 Issue (12): 2420-2427 前一篇   后一篇

• 综述与评论 •

电化学控制离子交换技术研究进展

肖俊强, 郝晓刚   

  1. 太原理工大学化学工程系 太原 030024
  • 出版日期:2010-12-24 发布日期:2010-11-04
  • 作者简介:e-mail:xghao@tyut.edu.cn
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 20676089)、山西省自然科学基金(No. 2007011029)、山西省回国留学人员基金(No.2008-32)、太原市科技明显专项(No.10011611)资助

下载PDF ( 1126 ) 引用
导出

Research Progress of Electrochemically Switched Ion Exchange

Xiao Junqiang, Hao Xiaogang   

  1. Department of Chemical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
  • Online:2010-12-24 Published:2010-11-04

电化学控制离子交换(electrochemically switched ion exchange, ESIX)是电化学与离子交换相结合的新型离子分离技术,通过电化学方法调节导电基体上电活性ESIX膜的氧化/还原状态来控制离子的置入与释放,从而使溶液中的离子得到分离,并使膜得到再生。ESIX消除了传统离子交换技术在化学再生过程中产生的二次污染问题,因其环境友好性在废水处理及水质净化领域具有良好的应用前景而逐渐成为备受关注的热点问题。本文简述了ESIX技术的机理和特点,着重阐述了有关ESIX膜的制备、结构及其应用方面的研究进展,并指出了需要研究的科学问题与研究前景。

关键词： 电化学控制离子交换, 制备, 结构, 应用

Electrochemically switched ion exchange (ESIX) is a novel ion separation technology which combines electrochemistry with ion-exchange via reversible electrochemical modulation of the matrix charge density. Ion loading and unloading can be easily controlled by changing the redox states of ESIX films formed on conductive substrates to separate ions from mixed solutions and regenerate the matrix. The secondary waste created by chemical regeneration and associated rinse water of conventional ion exchange technology is eliminated. ESIX technology has gradually become a hot issue in the fields of wastewater treatment and water purification due to its environment friendliness. This paper begins with a brief introduction to the mechanisms and characteristics of ESIX technology, and then the research progress of ESIX films including preparation, structure and application are outlined. Furthermore, the key issues needed to be solved and the research prospect of this technology is also recommended in this paper.

Contents
1 Introduction
2 Mechanism and characteristics of ESIX
3 Research progress of ESIX
3.2 Organic films of ESIX
3.3 Organic/inorganic hybrid films of ESIX
4 Prospect

Key words: electrochemically switched ion exchange, preparation, structure, application

中图分类号: 

()


[1] 李春华(Li C H). 离子交换法处理电镀废水(Treatment of Electroplating Wastewater by Ion Exchange Technology). 北京(Beijing): 中国轻工业出版社(China Light Industry Press), 1989. 43—55

[2] Rassat S D, Sukamto J H, Orth R J, Lilga M A, Hallen R T. Sep. Purifi. Technol., 1999, 15(3): 207—222

[3] Jeerage K M, Schwartz D T. Sep. Sci. Technol., 2000, 35(15): 2375—2392

[4] 郝晓刚(Hao X G), 张忠林(Zhang Z L), 刘世斌(Liu S B), 孙彦平(Sun Y P). CN 1562485, 2006

[5] 郝晓刚(Hao X G), 马旭莉(Ma X L). 功能材料(J. Funct. Mater. ), 2007, 38(suppl. ): 2721—2726

[6] Lilga M A, Orth R J, Sukamto J P H, Rassat S, Genders J D, Gopal R. Sep. Purifi. Technol., 2001, 24(3): 451—466

[7] Green-Pedersen H, Korshin G V. Environ. Sci. Technol., 1999, 33(15): 2633—2637

[8] Hao X G, Guo J X, Liu S B, Sun Y P. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2006, 16(3): 556—561

[9] Chen W, Xia X H. Adv. Funct. Mater., 2007, 17(15): 2943—2948

[10] 郝晓刚(Hao X G), 郭金霞(Guo J X), 张忠林(Zhang Z L), 刘世斌(Liu S B), 孙彦平(Sun Y P). 化工学报(J. Chem. Ind. Eng.), 2005, 56(12): 2380—2386

[11] Bocarsly A B, Sinha S. Electroanal. Chem., 1982, 137(1): 157—162

[12] Lilga M A, Orth R J, Sukamto J P H, Haight S M, Schwartz D T. Sep. Purifi. Technol., 1997, 11(30): 147—158

[13] 鞠健(Ju J), 郝晓刚(Hao X G), 张忠林(Zhang Z L), 刘世斌(Liu S B), 孙彦平(Sun Y P). 无机材料学报(J. Inorg. Mater.), 2008, 23(6): 1116—1120

[14] Jeerage K M, Steen W A, Schwartz D T. Chem Mater, 2002, 14(2): 530—535

[15] Jeerage K M, Steen W A, Schwartz D T. Langmuir, 2002, 18(9): 3620—3625

[16] Steen W A, Jeerage K M, Schwartz D T. Appl. Spectrosc., 2002, 56(8): 1021—1029

[17] Steen W A, Han S W, Yu Q M, Gordon R A, Cross J O, Stern E A, Seidler G T, Jeerage K M, Schwartz D T. Langmuir, 2002, 18(20): 7714—7721

[18] 程广金(Cheng G J), 刘长伟(Liu C W), 李景红(Li J H), 金巨广(Jin J G), 董绍俊(Dong S J). 高等学校化学学报(Chem. J. Chin. Univ. ), 1996, 17(2): 196—201

[19] Rutkowska I A, Stroka J, Galus Z. Electrochimica Acta, 2008, 53(11): 3870—3878

[20] 王光清(Wang G Q), 高志强(Gao Z Q), 赵藻藩(Zhao Z P). 高等学校化学学报(Chem. J. Chin. Univ. ), 1991, 12(2): 243—247

[21] Wu P, Lu S, Cai C X. J. Electroanal. Chem., 2004, 569(1): 143—150

[22] Kulesza P J, Malik M A, Skorek J, Miecznikowski K, Zamponi S, Berrettoni M, Giorgetti M, Marassi R. J. Electrochem. Soc., 1999, 146(10): 3757—3761

[23] Kulesza P J, Malik M A, Schmidt R, Smolinska A, Miecznikowski K, Zamponi S, Czerwinski A, Berrettoni M, Marassi R. J. Electroanal. Chem., 2000, 487(1): 57—65

[24] Hao X G, Li Y G, Pritzker, M. Sep. Purif. Technol., 2008, 63(2): 407—414

[25] 马旭莉(Ma X L), 郝晓刚(Hao X G), 李永国(Li Y G), 刘世斌(Liu S B), 孙彦平(Sun Y P). 中国有色金属学报(Trans. Nonferrous Met. Soc. China), 2009, 19(7): 1294—1299

[26] 郝晓刚(Hao X G), 马旭莉(Ma X L), 王忠德(Wang Z D), 张忠林(Zhang Z L), 李永国(Li Y G), 刘世斌(Liu S B), 孙彦平(Sun Y P). CN 101358371, 2009

[27] Chen W, Tang J, Cheng H J, Xia X H. Talanta, 2009, 80(2): 539—543

[28] Luangdilok C H, Arent D J, Bocarsly A B, Wood R. Langmuir, 1992, 8(2): 650—657

[29] Zamponi S, Berrettoni M, Kulesza P J, Miecznikowski K, Malik M A, Makowski O, Marassi R. Electrochim. Acta, 2003, 48(28): 4261—4269

[30] Hao X G, Yu Q M, Jiang S Y, Schwartz D T. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2006, 16(4): 897—902

[31] Yu Q, Steen W A, Jeerage K M, Jiang S Y, Schwartz T D. J. Electrochem. Soc., 2002, 149(6): E195—E203

[32] Hao X G, Schwartz D T. Chem. Mater., 2005, 17(23): 5831—5836

[33] Chen W, Tang J, Xia X H . J. Phys. Chem. C/2009, 113: 21577—21581

[34] Schneemeyer L F, Spengler S E, Murphy D W. Inorg. Chem., 1985, 24(19): 3044—3046

[35] 张玫(Zhang M), 郝晓刚(Hao X G), 马旭莉(Ma X L), 刘世斌(Liu S B), 樊彩梅(Fan C M), 孙彦平(Sun Y P). 稀有金属材料与工程(Rare Met. Mater. Eng. ), 2006, 35(suppl2): 249—253

[36] Guo J X, Hao X G, Ma X L, Zhang Z L, Liu S B. J. Univ. Sci. Technol. Beijing, 2008, 15(1): 79—83

[37] Reyes-Gomez J, Medina J A, Jeerage K M, Steen W A, Schwartz D T. J. Electrochem. Soc., 2004, 151(9): D87—D92

[38] 毛祖秋(Mao Z Q), 郝晓刚(Hao X G), 李一兵(Li Y B), 张忠林(Zhang Z L), 王忠德(Wang Z D), 刘世斌(Liu S B). 水处理技术(Technol. Water Treat. ), 2009, 35(8): 55—58, 79

[39] 毛祖秋(Mao Z Q), 郝晓刚(Hao X G), 李一兵(Li Y B), 张忠林(Zhang Z L), 刘世斌(Liu S B), 温亚龙(Wen Y L). 高校化学工程学报(J. Chem. Eng. Chin. Univ. ), 2010, 24(5): 764—769

[40] 肖俊强(Xiao J Q), 郝晓刚(Hao X G), 王忠德(Wang Z D), 张忠林(Zhang Z L), 刘世斌(Liu S B). 中国有色金属学报(Trans. Nonferrous Met. Soc. China), 2010, 20(9): 1802—1808

[41] Cui X P, Hong L, Lin X Q. J. Electroanal. Chem., 2002, 526(1/2): 115—124

[42] 李慧(Li H), 郝晓刚(Hao X G), 段东红(Duan D H), 张忠林(Zhang Z L), 马旭莉(Ma X L), 刘世斌(Liu S B). 电镀与精饰(Plat. Finish. ), 2009, 31(3): 5—8, 21

[43] Chiang C K, Fincher Jr C R, Park Y W, Heeger A J, Shirakawa H, Louis E J, Gau S C, MacDiarmid A G. Phys. Rev. Lett., 1977, 39(17): 1098—1101

[44] Hepel M, Xingmin Z, Stephenson R, Perkins S. Microchem. J., 1997, 56(1): 79—92

[45] Weidlich C, Mangold K M, Juttner K. Electrochim. Acta, 2001, 47(5): 741—745

[46] Weidlich C, Mangold K M, Juttner K. Synth. Met., 2001, 119(1—3): 263—264

[47] Weidlich C, Mangold K M, Juttner K. Electrochim. Acta, 2005, 50(25/26): 5247—5254

[48] Weidlich C, Mangold K M, Juttner K. Electrochim. Acta, 2005, 50(7/8): 1547—1552

[49] Mangold K M, Weidlich C, Schuster J, Juttner K. J. Appl. Electrochem., 2005, 35(12): 1293—1301

[50] Saleh M M, Weidlich C, Mangold K M, Juttner K. J. Appl. Electrochem., 2006, 36(2): 179—186

[51] Lin Y H, Cui X L, Bontha J. Environ. Sci. Technol., 2006, 40(12): 4004—4009

[52] Cui X L, Engelhard M H, Lin Y H. J. Nanosci. Nanotechnol., 2006, 6(2): 547—553

[53] Akieh M N, Price W E, Bobacka J, Ivaska A, Ralph S F. Synth. Met., 2009, 159(23/24): 2590—2598

[54] Li Y F. J. Electroanal. Chem., 1997, 433(1/2): 181—186

[55] Li Y F, He G F. Synth. Met., 1998, 94(1): 127—129

[56] Li Y F, Qian R Y. J. Electroanal. Chem., 1993, 362(1—2): 267—272

[57] Li Y F, Ouyang J Y, Yang J. Synth. Met., 1995, 74(1): 49—53

[58] 靳承铀(Jin C Y). 大连理工大学博士论文(Doctoral Dissertation of Dalian University of Technology), 2006

[59] Masalles C, Teixidor F, Borros S, Vinas C. J. Organomet. Chem., 2002, 657(1/2): 239—246

[60] Masalles C, Llop J, Vinas C, Teixidor F. Adv. Mater., 2002, 14(11): 826—829

[61] Bruckenstein S, Chen J H, Jureviciute I, Hillman A R. Electrochim. Acta, 2009, 54(13): 3516—3525

[62] Karyakin A A, Chaplin M F. J. Electroanal. Chem., 1994, 370(1/2): 301—303

[63] Kulesza P J, Miecznikowski K, Malik M A, Galkowski M, Chojak M, Caban K, Wieckowski A. Electrochim. Acta, 2001, 46(26/27): 4065—4073

[64] Kulesza P J, Miecznikowski K, Chojak M, Malik M A, Zamponi S, Marassi R. Electrochim. Acta, 2001, 46(28): 4371—4378

[65] Ikeda O, Yoneyama H J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem., 1989, 265(1/2): 323—327

[66] Lin Y H, Cui X L. J. Mater. Chem., 2006, 16(6): 585—592

[67] Lin Y H, Cui X L. Chem. Commun., 2005, (17): 2226—2228

[68] Lisowska-Oleksiak A, Nowak A P, Jasulaitiene V P. Electrochem. Commun., 2006, 8(1): 107—112

[69] Lisowska-Oleksiak A, Nowak A P. Solid State Ionics, 2008, 179(1/6): 72—78

[70] de Azevedo W M, de Mattos I L, Navarro M. J. Mater. Sci. - Mater. Electron., 2006, 17(5): 367—371

[71] de Azevedo W M, de Mattos I L, Navarro M, da Silva Jr E F. Appl. Surf. Sci., 2008, 255(3): 770—774

[72] Hong S F, Hwang S C, Chen L C. Electrochim. Acta, 2008, 53(21): 6215—6227

[73] Fiorito P A, de Torresi S I C. J. Electroanal. Chem., 2005, 581(1): 31—37

[74] 张文斌(Zhang W B), 李一峻(Li Y J), 董绍俊(Dong S J). 科学通报(Chin. Sci. Bull. ), 1991, 36(14 ): 1118—1119

[75] 李永国(Li Y G), 郝晓刚(Hao X G), 张忠林(Zhang Z L), 刘世斌(Liu S B), 孙彦平(Sun Y P). 稀有金属材料与工程(Rare Met. Mater. Eng. ), 2007, 36(suppl3): 211—216

[76] 李永国(Li Y G), 郝晓刚(Hao X G), 马旭莉(Ma X L), 张忠林(Zhang Z L), 刘世斌(Liu S B), 孙彦平(Sun Y P). 功能材料(J. Funct. Mater. ), 2008, 39(6): 949—952

[77] 李永国(Li Y G), 郝晓刚(Hao X G), 杨言言(Yang Y Y), 张忠林(Zhang Z L), 马旭莉(Ma X L). 水处理技术(Technol. Water Treat. ), 2008, 34(11): 27—31

[78] 马旭莉(Ma X L), 郝晓刚(Hao X G), 李永国(Li Y G), 杨言言(Yang Y Y), 刘世斌(Liu S B), 孙彦平(Sun Y P). 新型炭材料(New Carbon Mater. ), 2009, 24(4): 1—6

[79] 杨言言(Yang Y Y), 郝晓刚(Hao X G), 张忠林(Zhang Z L), 马旭莉(Ma X L), 刘世斌(Liu S B). 化学工业与工程(Chem. Ind. Eng. ), 2009, 26(4): 283—287

[80] 臧杨(Zang Y), 郝晓刚(Hao X G), 王忠德(Wang Z D), 张忠林(Zhang Z L), 刘世斌(Liu S B). 物理化学学报(Acta Phys. -Chim. Sin. ), 2010, 26(2): 291—298
[1] 鄢剑锋, 徐进栋, 张瑞影, 周品, 袁耀锋, 李远明. 纳米碳分子——合成化学的魅力[J]. 化学进展, 2023, 35(5): 699-708.
[2] 鲍艳, 许佳琛, 郭茹月, 马建中. 基于微纳结构的高灵敏度柔性压力传感器[J]. 化学进展, 2023, 35(5): 709-720.
[3] 王丹丹, 蔺兆鑫, 谷慧杰, 李云辉, 李洪吉, 邵晶. 钼酸铋在光催化技术中的改性与应用[J]. 化学进展, 2023, 35(4): 606-619.
[4] 徐怡雪, 李诗诗, 马晓双, 刘小金, 丁建军, 王育乔. 表界面调制增强铋基催化剂的光生载流子分离和传输[J]. 化学进展, 2023, 35(4): 509-518.
[5] 钱雪丹, 余伟江, 付濬哲, 王幽香, 计剑. 透明质酸基微纳米凝胶的制备及生物医学应用[J]. 化学进展, 2023, 35(4): 519-525.
[6] 杨越, 续可, 马雪璐. 金属氧化物中氧空位缺陷的催化作用机制[J]. 化学进展, 2023, 35(4): 543-559.
[7] 牛文辉, 张达, 赵振刚, 杨斌, 梁风. 钠基-海水电池的发展:“关键部件及挑战”[J]. 化学进展, 2023, 35(3): 407-420.
[8] 杨国栋, 苑高千, 张竞哲, 吴金波, 李发亮, 张海军. 多孔电磁波吸收材料[J]. 化学进展, 2023, 35(3): 445-457.
[9] 蒋昊洋, 熊丰, 覃木林, 高嵩, 何刘如懿, 邹如强. 用于电热转化、存储与利用的导电相变材料[J]. 化学进展, 2023, 35(3): 360-374.
[10] 廖子萱, 王宇辉, 郑建萍. 碳点基水相室温磷光复合材料研究进展[J]. 化学进展, 2023, 35(2): 263-373.
[11] 刘晓珺, 秦朗, 俞燕蕾. 胆甾相液晶螺旋方向的光调控[J]. 化学进展, 2023, 35(2): 247-262.
[12] 李璇, 黄炯鹏, 张一帆, 石磊. 二维材料的一维纳米带[J]. 化学进展, 2023, 35(1): 88-104.
[13] 姬超, 李拓, 邹晓峰, 张璐, 梁春军. 二维钙钛矿光伏器件[J]. 化学进展, 2022, 34(9): 2063-2080.
[14] 叶淳懿, 杨洋, 邬学贤, 丁萍, 骆静利, 符显珠. 钯铜纳米电催化剂的制备方法及应用[J]. 化学进展, 2022, 34(9): 1896-1910.
[15] 张旭, 张蕾, 黄善恩, 柴之芳, 石伟群. 盐包合材料在高温熔盐体系中的合成及其潜在应用[J]. 化学进展, 2022, 34(9): 1947-1956.