当前,离子交换膜技术被广泛应用到锂电池隔膜、氢氧燃料电池、EDI工艺和电渗析净水等多个领域中。近年来,随着离子交换膜技术的飞速发展,普通离子交换膜已能基本满足各领域的需要。但涉及对不同价态离子的选择性分离,如海水淡化制备饮用水除硬等,这就要求普通的离子交换膜具有离子的单价选择性。因此,如何提高离子交换膜的单价选择性成为离子交换膜领域亟待解决的问题。本文通过将聚乙烯亚胺涂覆到日本旭硝子公司的CMV阳离子交换膜上来开发具有单价选择性的离子交换膜,通过接枝甲基丙烯酸酐油脂（GMA）预固定环氧基团,再涂覆聚乙烯亚胺完成改性实验。对改性前后CMV膜厚度、含水率、离子交换容量、溶胀度、接触角、离子迁移数、膜电阻、Zeta电位等物化性能进行了表征与测试,分析了离子传输机理。利用电化学阻抗谱（EIS）对膜阻抗分析,结果表明改性后的CMV膜具有更大的阻抗,并且适用于Maxwell-Wagner模型,该模型为改性前后的CMV膜模拟了等效电路,并验证了聚乙烯亚胺改性层的存在。基于EIS模拟计算,可算出不同离子通过聚乙烯亚胺改性层的时间常数,该参数可定量计算Ca²⁺、Na⁺透过离子交换膜的时间。最后,将改性前后的CMV阳离子交换膜应用于电渗析模拟实验中,通过测量Ca²⁺和Na⁺的迁移数和离子通量作为电流密度的函数,来比较改性前后膜的单价选择性;比较脱盐效率、能耗、除盐量、电渗析四个参数等指标,评价改性前后CMV膜性能。研究结果表明:（1）使用亚蓝染试剂证明了聚乙烯亚胺涂层的存在,在涂覆聚乙烯亚胺前后CMV膜的ATR-FTIR光谱显示在～1450cm^-1处的拉伸振动。S=O/C-O在～1180 cm^-1处的伸缩振动减小是由于聚乙烯亚胺涂覆在膜表面上的磺酸官能团引起的（例如S=O）。C-O键的减少则归因于与环氧基团反应的聚乙烯亚胺的胺基团。（2）改性前后CMV膜的含水率为25和26%;离子交换容量为2.0和2.1 meq/g干膜;厚度为0.092和0.102mm;溶胀度为38和42%;接触角为32和37°;离子迁移数为0.97和1.12,改性后CMV膜各项性能参数都有所增加。这是由于离子交换容量越大,离子交换膜的含水率越高,导电性能增强,离子选择透过性也变高。改性后CMV膜引入的氨基与GMA中环氧基团形成稳定的酰胺键,离子交换容量和含水率随之增加;聚乙烯亚胺在CMV表面形成涂层,导致改性膜厚度、溶胀度增加;而离子迁移数的增加,也说明了单位时间内离子的迁移速率增加;由于聚乙烯亚胺具有相对疏水性,改性后CMV的接触角也略微增加。（3）Zeta电位测量结果表明,在形成聚乙烯亚胺层后,改性后CMV膜表面带正电。再次证明了聚乙烯亚胺层的存在,并分析了导致单价选择性提高的膜表面层的变化的原因。（4）EIS测量为Ca²⁺、Na⁺选择分离性提供了定量的证据。在这项研究中,EIS测量显示改性前后CMV膜的性能不同。使用EIS电化学阻抗谱定义了时间常数τ值,从而定量的估算了不同离子通过改性层所需的传输时间。离子通过改性层时会产生一个附加的特征频率阻抗峰f_max,波德图中显示,对于0.05 M NaCl溶液,f_max为6 Hz,对于0.05 M CaCl₂溶液,f_max为0.03Hz。这表明Na⁺、Ca²⁺通过改性后CMV膜改性层分别需要0.03s和5s左右,Na⁺比Ca²⁺优先通过离子交换膜,从而验证改性后CMV膜能够具有单价离子选择性。对于NaCl与CaCl₂混合溶液,由于Ca²⁺、Na⁺两者存在竞争关系,混合溶液fmax值较低。（5）将改性前后CMV膜运用于电渗析模拟小试实验,以极限电流密度为基点,测试了离子通量、脱盐性能、能耗、除盐量、RTN值等性能。结果显示,在相同的电流密度下,改性前后CMV膜的脱盐效率情况大致相同;实验采用电导率的变化作为能耗的函数,能耗在电导率变化0～20%时趋于稳定,高于20%时,改性后CMV膜电渗析系统所消耗的能量随着电导率的降低逐渐高于CMV膜,在电导率降低达到60%时两者相差最大;由于电流密度与除盐量成反比例关系,因此采用除盐量作为电流密度的函数来比较改性前后CMV膜。在低电流密度时,除盐量差距较大;直到电流密度增加到一定范围内,除盐量保持不变。（6）在小试电渗析系统中,研究了Na⁺的单价选择性,同时验证了EIS模拟实验准确性。RTN显示,聚乙烯亚胺涂层对同价离子选择性没有影响,但能提高不同价态离子的选择性。改性后CMV膜在0.6-1.3 mA/cm²的较低电流密度下,Na⁺离子选择性的最大提高到8倍,CMV膜的Na⁺离子通量最大提高了2倍;随着电流密度的增加,在2.5mA/cm²以下,改性后的离子选择进一步增加,离子通量下降。（7）最后比较了改性前后CMV膜的四个参数,实验发现,改性后CMV膜的电迁移系数、浓差扩散系数、水的电渗透系数、浓差渗透系数等均优于CMV膜。