[发明专利]兼具稳定性和分离性能的局部交联离子膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种兼具稳定性和分离性能的局部交联离子膜及其制备方法，属于膜技术领域。先共混离子交换材料溶液和聚乙烯醇水溶液，再在基体上涂膜，干燥至形成膜片，揭下膜片后进行热处理，得到未交联的离子膜，将其夹在两块等同的多孔塑料隔板中间并控制隔板的无孔区域和膜表面接触区域之间不发生溶液渗漏，浸泡于交联剂溶液中交联，拆除隔板后再洗涤，得到局部交联离子膜。本发明对具有高分离性能但缺乏稳定性的离子膜进行局部化学交联，使得在膜面上产生交联‑未交联的间歇分布状况，交联的区域可以获得高稳定性，未交联的区域保持高分离性能。本发明局部交联离子膜的交联‑未交联区域具有良好的结合力，膜的稳定性和分离性能可控。

技术领域

本发明属于膜技术领域，涉及一种局部交联的方法，此方法可制备兼具稳定性和分离性能的离子膜。

背景技术

在离子膜制备和应用领域，难以兼得高稳定性和高分离性能，在提高膜稳定性的同时往往需要牺牲膜的分离性能，若提高膜的分离性能也常常需要牺牲膜的稳定性。对于缺乏稳定性的离子膜，常规的方法是添加支撑体或进行化学交联。但一方面，由于支撑体一般不具有分离性能、和离子膜材料无共价键作用，因此增强膜稳定性的能力有限且会降低膜的分离效果；另一方面，对离子膜进行化学交联的过程中，由于是将交联剂和膜原料完全混合，或将膜材料完全浸泡在交联剂溶液中，使得膜整体全部交联，引起膜的亲水性、柔韧性和分离性能显著下降，不利于膜的应用。

中国专利CN1803868公布了一种可溶解的交联聚乙烯醇缩二醛的合成方法，该方法将聚乙烯醇与戊二醛共混后，控制反应程度和转化率，合成出低交联程度的聚乙烯醇缩二醛。产物的机械性能、溶解和熔融性好。但由于产物的交联程度不足，作为膜材料使用时抗水解和抗溶胀性能不足。

中国专利CN103980511A公布了一种交联型聚乙烯醇缩丁醛复合质子交换膜的制备方法，该方法将聚乙烯醇缩丁醛溶液与交联剂共混，得到的膜液涂覆烘干，再经过双氧水溶液浸泡氧化，得到质子交换膜。膜的质子传导率良好，溶胀性低。但由于聚乙烯醇和醛及交联剂完全混合交联，大量消耗了聚乙烯醇内-OH基，使得膜的脆性增加，扩散渗析分离碱的能力不足。

杂志The Journal of Physical Chemistry B(115,2011,6474-6483)报道了利用含有不同含量的–Si(OCH₃)₃和–N⁺(CH₃)₃Cl^-基团的多硅共聚物，与聚乙烯醇溶液共混后交联，得到阴离子交换膜。当多硅共聚物内–Si(OCH₃)₃基团含量高达68–78％时，有利于增强膜的稳定性；当多硅共聚物内–N⁺(CH₃)₃Cl^-基团含量高达42-55％，有利于增强膜的电学性能和扩散渗析分离酸性能。但是由于–Si(OCH₃)₃和–N⁺(CH₃)₃Cl^-基团的总含量固定(100％)，两种基团含量存在相互置换(trade-off)的效应，因此膜不能兼得高稳定性和高分离性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种兼具稳定性和分离性能的局部交联离子膜及其制备方法。该局部交联离子膜利用交联剂对离子膜进行局部交联得到，交联区域具有高稳定性，未交联区域保持高分离性能，因此能兼得高稳定性和分离性能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种兼具稳定性和分离性能的局部交联离子膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将离子交换材料溶液滴加入聚乙烯醇(PVA)水溶液中，滴加完毕后继续在25-75℃搅拌6-24小时(h)；