双核金属酞菁衍生物对双极膜的改性与表征
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2020-01-07
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双核金属酞菁衍生物对双极膜的改性与
表征
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陈丽金，陈日曜，郑曦，陈晓，陈震
**
基金项目：福建省科技厅重点资助项目(No. 2012H0019); 福州市科技局项目(2012-G-116)资助
作者简介：陈丽金，（1987-），女，硕士研究生，环境科学与工程。
通信联系人：陈日耀，（1973-），男，教授级高工，主要从事膜科学、电化学、环境科学等方面的研究。
E-mail: rychen@fjnu.edu.cn
（福建师范大学环境科学与工程学院，福州 350007） 5
摘要：将双核金属酞菁衍生物添加到羧甲基纤维素阳膜层制备改性的羧甲基纤维素/壳聚糖
双极膜（CMC/CS BPM），用扫描电子显微镜（SEM），电子万能试验机等对其进行了表
征。结果表明改性后膜的离子交换容量和双极膜的机械性能得到提高，双极膜的溶胀度下降。
此外，具有不同中心金属离子的双核金属酞菁衍生物较具相同中心金属离子的双核酞菁衍生
物有更强催化中间界面层水解离能力。当电流密度为 60mA• cm
-2
时，FeCoPc
2
(COOH)
12
改10
性的双极膜槽电压只有 5.3V。
关键词：双核金属酞菁衍生物；双极膜；改性；水解离；中间界面层
中图分类号：O646
Preparation and Characterization of Bipolar Membranes 15
Modified by Binuclear Metallophthalocyanine Derivatives
Chen Lijin, Chen Riyao, Zheng Xi, Chen Xiao, Chen Zhen
(College of Environment Science and Engineering, Fujian Normal University, FuZhou 350007)
Abstract: The binuclear metallophthalocyanine derivatives were added into carboxymethyl
cellulose cation layer to prepare the modified carboxymethyl cellulose/chitosan bipolar membrane 20
(CMC/CS BPM), which was characterized using scanning electron microscopy (SEM), electric
universal testing machine and so on. The experimental results showed that after modification，the
ion exchange capacity of the CMC membrane and the mechanical properties of the BPM increased,
and the swelling degree of the BPM decreased. Moreover, the binuclear metallophthalocyanine
derivatives with the different central metal ions exhibited stronger catalytic ability for water 25
splitting in the interlayer than that with the same central metal ions. At the current density of 60
mA•cm
-2
, the cell voltage of the BPM modified by FeCoPc
2
(COOH)
12
was only 5.3V.
Keywords:
binuclear metallophthalocyanine derivatives; bipolar membrane; modification; water
splitting; interlayer
30
0 引言
酞菁具有高的热稳定性和化学稳定性，作为催化剂已在催化氧化脱硫
[1]
，苯乙烯液相氧
化
[2]
，乙烯基化
[3]
等反应中得到广泛的应用。
双核金属酞菁具有两个金属中心，可以是同一金属元素也可以是不同金属元素，与单核
金属酞菁相比，双核金属酞菁具有平面刚性结构，进一步扩大了 π 电子共轭体系。因此往往35
比单核酞菁具有更丰富的电化学和电催化性质，表现出独特的化学性质
[4-6]
。
双极膜（BPM）是一种新型的离子交换复合膜，由阴、阳离子交换膜层和两膜层间的
中间界面层组成，其结构参见文献
[7]
。
本研究分别用十二羧基双核铁酞菁[Fe
2
Pc
2
(COONa)
12
] 、十二羧基双核铁钴酞菁
[FeCoPc
2
(COONa)
12
]和十二羧基双核钴酞菁[Co
2
Pc
2
(COONa)
12
]改性羧甲基纤维素钠阳膜层，40
制备了 Fe
2
Pc
2
(COONa)
12
-CMC/CS 双极膜（其中 CMC：羧甲基纤维素钠、CS：壳聚糖）、
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