[发明专利]一种阴离子交换膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜技术领域，更具体地说，涉及一种阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

阴离子交换膜可以选择透过阴离子而阻挡阳离子的透过，是膜电解、电渗析、压差渗析和燃料电池等技术的关键部件，广泛用于扩散渗析、电渗析、碱性燃料电池和化学传感器等领域，阴离子交换膜的制备方法及性能一直受到理论界和工业界的关注。现有技术一般采用的制备方法为：将带有功能性基团的聚合物成膜，然后在胺类溶液中浸泡来获取阴离子交换基团，从而制备得到阴离子交换膜。

阴离子交换膜及其制备方法已经得到了广泛的报道，例如，荷兰《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science，2008，321，299-308)报道了一种阴离子交换膜的制备方法，将功能单体和引发剂溶解在甲苯中进行共聚反应后，通过室温蒸发甲苯后得到适当粘度的铸膜液，将其涂覆在基体上之后加热烘干，得到阴离子交换膜。采用该方法制备阴离子交换膜需要加入大量有毒的甲苯作为反应溶剂，并且甲苯的去除采用室温直接挥发的方法。显而易见，溶剂的使用不仅加重了阴离子交换膜的制备成本，也带来了严重的环境污染。

另外，申请号为201110057825.3的中国专利文献报道了一种无溶剂化制备阴离子交换膜的方法，即将高聚物带酚酞侧基的聚醚酮溶解在氯甲基化苯乙烯和二乙烯基苯的混合溶液中，再加入引发剂过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈形成铸膜液，将其涂覆在增强织物上，热引发聚合形成基膜后将其浸泡在三甲胺水溶液中得到阴离子交换膜。采用这种方法制备阴离子交换膜不采用任何有机溶剂，是一种绿色的无溶剂化制膜工艺。但是在该方法中，由于氯甲基化苯乙烯和二乙烯基聚合形成的高分子共聚物与作为高分子增强剂的带酚酞侧基的聚醚酮之间只是单纯的物理共混而缺少化学键的交联，在膜中不可避免地存在上述两种聚合物的分相，从而降低了膜的稳定性，限制了制备得到的阴离子交换膜的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种阴离子交换膜及其制备方法，该方法在避免使用有机溶剂的同时，避免了高分子共聚物和高分子增强剂之间的分相，提高了制备的阴离子交换膜的稳定性。

本发明提供一种阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

将高分子增强剂、聚合单体、引发剂和交联剂混合，得到铸膜液；

将所述铸膜液依次进行涂膜、加热和季铵化处理，得到阴离子交换膜，

所述高分子增强剂为酚酞基聚醚酮或酚酞基聚醚砜，所述聚合单体为氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯，所述交联剂为聚乙烯聚胺、聚乙烯亚胺、聚氧乙烯二胺、聚醚胺或化学式为式I的小分子化合物，

NH₂-R₁-N-R₂(R₃)    式I

其中，R₁为烷基或具有胺基的烷基链段，R₂和R₃分别为氢、烷基或具有胺基的烷基链段。

优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化十二碳酰、过乙酸叔丁酯、过氧化异丙苯、过氧化叔丁基或叔丁基氢过氧化物。

优选的，所述高分子增强剂、氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯和交联剂的质量比为1∶(2～8)∶(0.02～1.6)∶(0.01～0.8)。

优选的，所述高分子增强剂、氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯和交联剂的质量比为1∶(2～7)∶(0.02～1.6)∶(0.01～0.5)。

优选的，所述涂膜步骤具体为：

将所述铸膜液在增强织物上涂膜，所述增强织物为聚乙烯布、聚丙烯布、锦纶布、涤纶布或尼龙布。

优选的，所述涂膜的方法为刮膜、喷洒、浸渍、流动或旋转涂覆。

优选的，所述加热的温度为50～175℃，加热的时间为4～96小时。

优选的，所述季铵化处理步骤具体为：

在质量分数为2.5～33％的三甲胺水溶液中季铵化反应0.5～96小时。

相应的，本发明还提供一种阴离子交换膜，由高分子增强剂、高分子共聚物、交联剂和增强织物组成，所述高分子增强剂为酚酞基聚醚酮或酚酞基聚醚砜，所述高分子共聚物为氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物，所述交联剂为聚乙烯聚胺、聚乙烯亚胺、聚氧乙烯二胺、聚醚胺或化学式为式I的小分子化合物，

NH₂-R₁-N-R₂(R₃) 式I