[发明专利]特定离子选择透过性的离子交换膜

说明书

单价离子选择透过性的离子交换膜包含离子交换膜基膜与固定在基膜表面上的单价离子选择透过性层。所述单价离子选择透过性层通过在离子交换膜基膜上涂覆与聚合可聚合溶液而制备。所述可聚合溶液在(iv)溶剂介质中包含：(i)具有一个或多个烯属基团的离子单体，该烯属基团选自(甲基)丙烯酰氧基，(甲基)丙烯酰氨基，和乙烯基苯甲基，(ii)具有两个或更多个烯属基团的疏水性交联单体，该烯属基团选自(甲基)丙烯酰氧基，(甲基)丙烯酰氨基和乙烯基苯甲基，(iii)自由基引发剂。所述单价离子选择透过性的离子交换膜包括单价阳离子选择透过性的离子交换膜与单价阴离子选择透过性的离子交换膜。本发明还公开了单价离子选择透过性的离子交换膜的制备方法。

技术领域

本发明涉及选择透过性的离子交换膜。更具体地，本发明涉及的选择透过性的离子交换膜对单价离子的透过性明显高于对多价离子的透过性。本发明还涉及制备单价离子选择透过性的离子交换膜的方法。

背景技术

离子交换膜应用于电渗析、电解、以及扩散渗析，在这些应用中，离子在驱动力(诸如离子浓度差或电位差)的作用下运输。根据固定在其膜基体上的离子交换基团，离子交换膜分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。阳离子交换膜含有带负电荷的固定在基体上的基团，其允许阳离子通过，但排斥阴离子，而阴离子交换膜含有带正电荷的固定在基体上的基团，其允许阴离子通过，但排斥阳离子。经过70多年的发展，离子交换膜在分离任何浓度盐溶液中的阳离子和阴离子方面几乎已达到一个理想的水平。但是，在一些应用中，特定的离子需要从含有盐混合物的溶液中浓缩或去除。在这些应用中，离子交换膜必须能将含有相同电荷或甚至相同价数的各种其他类型离子与特定离子分离。工业上已应用对特定离子有选择透过性(比如对单价离子的透过性相对于对多价离子透过性)的离子交换膜。例如，ASTOM公司生产单价阴离子选择透过性的离子交换膜(ACS；NEOSEPTA是日本Tokuyama市的Tokuyama公司的注册商标)和单价阳离子选择透过性的离子交换膜( CMS)。单价离子选择透过性的离子交换膜多年来一直用于从海水中生产18wt％-20wt％的盐水以生产食用氯化钠。

现有技术文献报道了多种制备单价离子选择透过性的离子交换膜的方法。这些方法能解决离子透过性相关的一些问题，但它们也带来了其他的问题。

US专利No.3,847,772公开了一种使用单价阳离子选择透过性的离子交换膜从含有两种或两种以上不同价的阳离子的电解水溶液中选择性地电渗析单价阳离子的方法，其中聚电解质(例如聚乙烯亚胺)均匀地吸附在该膜表面上。US专利No.6,569,301公开了对单价阳离子有选择透过性的阳离子交换膜，其中阳离子聚电解质在含氧酸阴离子或有机磺酸阴离子的存在下。然而，由于在电渗析过程中这种物理吸附的聚电解质会从膜表面洗脱，这些膜对单价阳离子的选择透过性会随时间推移而逐渐劣化。

US专利申请2012/0312688公开了单价阳离子选择透过性的离子交换膜，该膜的表面经共价接枝聚苯胺型聚合物改性。然而，本领域技术人员理解，该共价接枝反应很难控制仅在膜表面发生，因此，这种膜不具有跨过其表面的聚合物的一致涂覆厚度。

US专利No.4,923,611公开了单价阴离子选择透过性的离子交换膜，其通过用紫外光照射包含具有卤烷基的高分子量化合物的膜以降低存在其表面的卤烷基的比例，此后将卤烷基转换成阴离子交换基团。然而，这种方法昂贵且对于生产商业规模量的选择透过性离子交换膜的而言不实际。

EP 0315510公开了选择透过性层压的单价离子交换膜，该膜形成于：(i)一种或多种疏水性成膜聚合物，该聚合物含共价连接的可离子化基团，和(ii)由含氨基基团的单体衍生而来的聚合物，该聚合物用于降低膜每微米厚度的电阻。然而，这样的膜不稳定且经常在电渗析方法中发生层离。

发明简述

本发明实施方案涉及用于将选择的单价离子从单价离子和多价离子的混合物中分离的单价离子选择透过性的离子交换膜。