[发明专利]一种基于离子液体聚合的电渗析膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种基于离子液体聚合的电渗析膜的制备方法。

背景技术

利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子（如离子）的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子（如离子）通过膜而迁移的现象称为电渗析。电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合，在外加直流电场的驱动下，利用电渗析膜的选择透过性（即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜），阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。离子迁移过程中，如果膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过；如果它们的电荷相同，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的。

电渗析是膜分离过程中较为成熟的一项技术，已广泛应用于海水淡化、苦咸水脱盐等非常规水资源利用领域。电渗析同样广泛应用于食品、医药及化学等工业中，对废水进行资源化与零排放处理。如：从酸液清洗金属表面所形成的废液中回收酸和金属，从电镀废水中回收重金属离子，从合成纤维废水中回收硫酸盐，从纸浆废液中回收亚硫酸盐，等等。

电渗析过程使用的电渗析膜包括阳离子交换膜和阴离子交换膜两种。在电解质水溶液中，阳离子交换膜的高分子骨架含带负电荷的阴离子基团，允许带正电荷的阳离子透过而排斥阻挡阴离子；阴离子交换膜的高分子骨架含带正电荷的阳离子级段，允许带负电荷的阴离子透过而排斥阻挡阳离子，这就是离子交换膜的选择透过性。在电渗析过程中，电渗析膜不像离子交换树脂那样与水溶液中的某种离子发生交换，而只是对不同电性的离子起到选择性透过作用，即离子交换膜不需再生。电渗析工艺的电极和膜组成的隔室称为极室，其中发生的电化学反应与普通的电极反应相同。阳极室内发生氧化反应，阳极水呈酸性，阳极本身容易被腐蚀；阴极室内发生还原反应，阴极水呈碱性，阴极上容易结垢。

电渗析膜需具备良好的电化学性能，即低电阻和高渗透选择性。低电阻能够降低运行过程的电压，从而使电渗析过程的运行能耗较低；渗透选择性高使得电渗析膜对反离子（与膜固定荷电基团电性相反的离子）具有高渗透性，但基本不透过同离子（与膜固定荷电基团电性相同的离子），从而使电渗析过程的运行效率较高。电渗析膜还需具备合适的机械稳定性、化学稳定性和热稳定性。如：能够承受在被安装到电渗析设备过程中的操作应力以及在电渗析过程中膜两侧的水力学压力差，能够在溶液pH值介于2到12之间时保持长期稳定，能够在温度不高于45^oC时能保持长期稳定。

电渗析膜可以通过不同的方法和工艺来制备，其中含不饱和双键单体的自由基聚合是常见的方法。美国专利US4,024,043描述了一种阴离子交换膜的制备方法，以聚乙烯薄膜为基底，浸入苯乙烯、二乙烯苯和过氧化苯甲酰组成的溶液中，将其夹于两平板玻璃间，加压、加热聚合得基膜，然后在无水四氯化锡的氯甲醚中进行氯甲基化反应，最后用三甲胺丙酮溶液进行季铵化反应，制得阴离子交换膜。PCT专利WO2010/013861描述了将多孔聚乙烯薄膜浸入含氯甲基苯乙烯、二乙烯苯和过氧化苯甲酰组成的溶液中，将其夹于两平板玻璃间并聚合得基膜，然后在三甲胺水溶液进行季铵化反应得到阴离子交换膜。美国专利US4,231,855描述了将变性腈纶含浸甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、二甲基丙烯酸乙二醇脂及偶氮二异丁腈组成的溶液，加热聚合后形成基膜，然后在硫酸二甲酯溶液中季胺化。美国专利US6,221,248描述了将聚丙烯布含浸苯乙烯磺酸锂、二乙烯苯和偶氮二异丁酸甲酯组成的溶液，加热聚合后得到阳离子交换膜；苯乙烯磺酸锂由苯乙烯磺酸钠经氢型阳离子交换树脂交换后再加入氢氧化锂而制成。

发明内容

解决上述技术问题，本发明提供了一种基于离子液体聚合的电渗析膜的制备方法，通过含不饱和双键离子液体的自由基聚合而制备，制备工艺简单，制备成本较低，所制备的膜适用于水溶液中盐分的脱除或浓缩。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种基于离子液体聚合的电渗析膜的制备方法，包括以下步骤：1、配制含不饱和双键离子液体溶液；2、通过浸润方法在支撑布孔隙中填充入该含不饱和双键离子液体溶液；3、在隔离氧气条件下，将填充入含不饱和双键离子液体溶液的支撑布加热，引发离子液体聚合反应；4、聚合反应后将支撑布烘干，形成支撑布孔隙填充了交联聚合物的电渗析膜。

进一步的，所述含不饱和双键离子液体溶液用于制作阳离子交换膜，所述含不饱和双键离子液体溶液由含磺酸基团有机单体、含胺基有机小分子、有机溶剂、交联剂及引发剂混合而成。