电活性材料既可导电子又可导离子,通过改变电活性材料的氧化还原状态可以实现目标离子置入和置出。目前常用的电活性材料主要分为有机导电高分子聚合物(聚苯胺-PANI、聚吡咯-PPy、聚乙烯二氧噻吩-PEDOT等)、无机过渡金属材料(铁氰化物)以及有机无机复合材料。其中有机无机复合材料因具有良好的导电性、稳定性、电活性、及离子交换能力等优点而获得了科研工作者们的广泛关注。ZSM-5作为一种硅铝氧化物分子筛,ZSM-5分子筛表面的硅氧键及铝氧键与重金属离子的配位作用以及分子筛孔道的吸附效应,使该杂化膜对重金属离子表现出较高的吸附性能。无机ZSM-5分子筛导电性能差,将其与有机导电高分子聚合物复合,既充分利用ZSM-5离子交换能力,又利用了有机导电高分子聚合物的导电能力和氧化还原性能。聚苯胺具有良好的导电性和成膜性,在掺杂小阴离子时(如Cl-)表现为阴离子交换性能,在掺杂大阴离子(如PSSn-)后可表现出阳离子交换性能。如将ZSM-5分子筛、聚苯胺和聚苯乙烯磺酸钠复合,则有可能合成一种既具有电活性又具有离子选择吸附性的新型有机-无机电活性复合材料并将其应用于电控离子交换去除重金属离子。本文通过双脉冲法在镀金的石英晶体电极基体上一步共沉积合成了 ZSM-5/PANI/PSS复合膜。纳米级ZSM-5颗粒由水热法合成,超声粉碎处理可以将团聚在一起的ZSM-5分散开,利于合成更加均一的复合物。ZSM-5具有良好的质子传导和离子交换能力,能够为聚苯胺的氧化还原提供酸性微环境,使该膜在中性介质中表现出良好的电活性。通过双脉冲法并结合电化学石英晶体微天平(EQCM)原位检测复合膜的生长过程,考察了 pH值对复合膜生长的影响,并比较了重金属离子在膜电极上不同电位范围下的库伦效率,不同电位范围库伦效率的比较验证了电控离子交换技术在处理重金属离子废水方面的优越性。采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对复合膜的结构和形貌进行了考察。用X射线光电子能谱仪(XPS)研究了 ZSM-5/PANI/PSS复合膜电极在还原状态和氧化状态下的结构及组成变化,解释了铅离子的在ZSM-5/PANI/PSS复合膜上的置入和置出的机理。采用双脉冲法在碳毡基体上合成了 ZSM-5/PANI/PSS复合膜,通过原子吸收分光光度计(AAS)考察ZSM5/PANI/PSS膜对铅、锌、镉、钴、镍等五种重金属离子的吸附选择性,实验结果表明该复合膜对铅离子的选择性明显高于对其它重金属离子。实验中考察了不同初始浓度对吸附效果的影响。实验结果表明,采用双脉冲法制得复合膜对铅离子的交换容量高达235 mg/g。通过拟合得知复合膜电极吸附铅离子的过程满足朗格缪尔等温吸附模型,吸附过程符合准一级吸附动力学,电控离子交换过程的准一级吸附速率常数(0.0227 g·mg-1·min-1)明显高于传统离子交换过程的吸附速率常数(0.0117 g·mg-1·min-1)。该复合膜在电控离子交换处理废水领域具有很好的应用前景。