一种离子交换膜性能快速评价装置的制作方法

本实用新型属于检测设备领域，具体涉及一种离子交换膜性能快速评价装置。

背景技术：

离子交换膜是一种具有选择透过性的膜状功能高分子电解质。其主要应用于电渗析，扩散渗析，电解过程中的分隔介质以及燃料电池中的固体聚合物电解质等。在物质的分离与纯化和能量的储存与转化等方面，其重要性日益突出。其中典型代表是以离子交换膜为辅助的电渗析技术，在特种分离，清洁生产和资源的回收与循环利用等方面正焕发出勃勃生机，发挥着越来越重要的作用。

离子交换膜质量的高低直接决定电渗析性能的好坏以及应用效果的优劣，所以电渗析功能和它的应用效果是离子交换膜质量的最直观的检验和鉴定，但是为了方便用户对膜的选择以及定性评价和比较不同膜品种的性能，因此需建立某些性能指标来评价离子交换膜的性能与特征。

目前国内外已普遍建立较为统一的指标项有：含水率，交换容量，电导率，厚度，膜电位，迁移数，选择透过性，机械强度和溶胀度等。国内离子交换膜的检测方法目前采用的是行业标准：HY/T 166.1-2013。但是采用国内行业标准，膜的完整单项性能测试周期长达五天，在工业化生产时，由于膜的质量检测严重滞后，，一旦膜质量出现问题，将会造成较大的经济损失。在评价离子交换膜的性能时，其各项指标彼此之间存在着一定的因果关系。其中盐扩散系数，膜电位，膜电阻三项指标基本能较为全面的体现离子交换膜的优劣。

目前的现有技术中，尚没有一种能够快速评价离子交换膜性能的装置，不同的指标测定都是基于单独的装置实现的。因此整个评价过程耗时较长，难以适应工业生产对评价速度的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种离子交换膜性能快速评价装置，以解决离子交换膜单向性能测试周期较长，质量检测严重滞后于生产的技术问题。

为实现上述实用新型目的，采用的具体技术方案如下：

离子交换膜性能快速评价装置，包括左半结构和右半结构，左半结构和右半结构中均包括腔体、潜水泵、流量控制阀和钛涂钌通电电极；腔体内部中空，用于盛放溶液；钛涂钌通电电极设置于腔体上用于测量内部溶液的电导率；腔体左右两侧通过循环管路实现溶液循环，所述的循环管路上设有提供循环动力的潜水泵和用于控制管路中溶液流量的流量控制阀。所述的腔体左右两侧是指同一个腔体中的两端，可各设置一个进水口和出水口，实现本腔体中溶液的循环。腔体上部两侧均设有一个电极插口，分别用于安装甘汞电极和温度传感器；所述的左半结构和右半结构上的腔体由连通通道相连，且连通通道中可拆卸式设置有覆盖连通通道横截面的离子交换膜。左半结构和右半结构中的溶液仅能够通过离子交换膜实现离子交换，而无法直接进行流通。本装置在使用过程中，可以更换离子交换膜和腔体中的溶液，对离子交换膜的不同的指标进行测定。

作为优选，所述的左半结构和右半结构以离子交换膜所在平面为对称面镜像对称设置。两侧完全对称的结构更有利于准确测量离子交换膜的不同性能指标。

作为优选，所述的左半结构和右半结构的连接处的接触面上均设有密封垫圈，离子交换膜由两侧的密封垫圈夹持固定。当需要更换离子交换膜时，可拆开左半结构和右半结构，将两侧密封垫圈之间的离子交换膜取出，重新换上新膜。

作为优选，所述的腔体采用有机玻璃，以便于实时观察腔体内的溶液状态和电极位置。

作为优选，所述的钛涂钌通电电极与电导率仪相连，所述的甘汞电极与万用表相连，用于实时显示各种检测数值。

本实用新型相比于行业标准测试膜性能，大大的缩短了测试周期，三小时内可以完成膜性能评估。采用该装置可同时对离子交换膜的盐扩散系数、膜电位和膜电阻进行测定。

附图说明

图1为离子交换膜性能快速评价装置的结构示意图；

图2为A-A剖面示意图；

图3为B-B剖面示意图。

图中：腔体1、潜水泵2、流量控制阀3、密封垫圈4、钛涂钌通电电极5、 离子交换膜6和电极插口7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，为离子交换膜性能快速评价装置的侧面结构示意图。从图中可以看出，本装置包括左半结构和右半结构。在本实施例中，考虑到使用方便，将左半结构和右半结构以离子交换膜6所在平面为对称面镜像对称设置。如图2和3所示，左半结构和右半结构中均包括腔体1、潜水泵2、流量控制阀3和钛涂钌通电电极5。腔体1采用有机玻璃。其余各部件的设置方式具体为：腔体1内部中空，使用时可向其中注入不同的溶液。钛涂钌通电电极5设置于腔体1顶部，电极的底部伸入腔体1的内部，钛涂钌通电电极5与电导率仪相连，对其中的溶液的电导率进行测定。腔体1左右两侧通过循环管路实现溶液循环，循环管路上设有提供循环动力的潜水泵2和用于控制管路中溶液流量的流量控制阀3，腔体上部两侧均设有一个电极插口7，分别用于安装甘汞电极和温度传感器，甘汞电极与万用表相连。左半结构和右半结构上各设置一个圆环状凸起，凸起的表面均设有密封垫圈4，密封垫圈4包围范围内的腔体外壳镂空。左半结构和右半结构上的圆环状凸起相对接触，两侧的腔体由此形成连通通道，离子交换膜6由两侧的密封垫圈4夹持固定，并完整覆盖连通通道的横截面。当然，离子交换膜6的固定方式也可采用多种实现形式，只要能够便于更换新膜即可。

本实用新型通过特定预处理方法和装置可以极大的缩短膜性能测试周期，并得到有效数据评价离子交换膜性能。快速测定离子交换膜性能的过程包括膜预处理和测试过程。

预处理主要是通过不同浓度以及不同类型的NaCl溶液对离子交换膜进行浸泡热处理；测试过程包括通过特定装置快速测定离子交换膜的盐扩散系数、膜电位、膜电阻。具体如下：

预处理过程包括：取三张4cm×4cm的待评价的离子交换膜样品分别标记为A1，A2，A3；置于30℃～60℃的去离子水中，在搅拌的情况下浸泡30min；然后将A1置于40℃～50℃的一定浓度的NaCl溶液(S1)中，A2置于40℃～50℃的一定浓度的KCl溶液(S2)中，A3置于40℃～50℃的一定浓度的NaCl溶液 (S3)中，分别浸泡0.5～3h，期间每隔15～20min更换新鲜溶液；最后，取出平衡后的样品，经滤纸吸干表面溶液后进行测试。

盐扩散系数测试过程包括：选择A1膜样品，关闭流量控制阀3，在左半结构和右半结构中分别通入溶液S1和去离子水，将电极以及温度传感器插入去离子水一侧，待稳定一定时间后，测试去离子水的电导率随时间的变化曲线。

膜电位测试包括：选择A2膜样品，打开流量控制阀3，在左半结构和右半结构中分别通入具有一定浓度差的溶液S2，插入参比甘汞电极，接入万用表，测得膜两侧电位差。

膜电阻测试过程包括：打开流量控制阀3，在左半结构和右半结构中分别通入溶液S3，通过钛涂钌电极5连接电导率仪，读取电导率值。

由此完成离子交换膜性能的快速评价。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。