[发明专利]一种单价离子选择性阳离子交换膜的制造方法

说明书

本发明公开了一种单价离子选择性阳离子交换膜的制造方法，按如下步骤进行：步骤1)，于恒温条件下解开成卷的聚苯乙烯‑聚乙烯系阳离子交换干膜卷，于单面喷涂含有功能单体、交联剂和引发剂的预聚溶液；然后与聚酯保护膜间隔叠合、压紧之后再收卷，得到单面涂布了预聚溶液的涂布阳膜卷；步骤2)，将步骤1)的涂布阳膜卷置于恒温烘箱中加热，引发聚合；取出、剥离聚酯保护膜，再与聚丙烯隔网松散间隔收卷，得到隔网阳膜卷；步骤3)，将步骤2)隔网阳膜卷没入三甲胺的水溶液中实施季胺化反应，洗涤干净之后剥离聚丙烯隔网，将湿膜单独收卷，即制得所述的单价离子选择性阳离子交换膜。

技术领域

本发明属于功能高分子薄膜制造及电驱动膜分离技术领域，特别涉及一种单价离子选择性阳离子交换膜产品的连续制造方法。

背景技术

离子交换膜(Ion-exchange membrane)是指固载了可起离子交换作用的化学基团的功能膜。若固载了阴离子(如磺酸基团)即为阳离子交换膜(Cation exchangemembrane)，它在直流电场作用下即可交换和传导阳离子(如钠离子)；若固载了阳离子(如季胺基团)即为阴离子交换膜(Anion exchange membrane)，它在直流电场作用下即可交换和传导阴离子(如氯离子)。由于离子交换膜具有独特的离子交换和传导特性，使它在电渗析、电解、电去离子等领域获得了广泛的工程应用。通常，普通的离子交换膜并不具备对不同价态离子的选择透过性，例如常规的阳离子交换膜在直流电场驱动下只能不加区分地同时透过单价阳离子(如Na⁺、K⁺)、二价阳离子(如Ca²⁺、Mg²⁺)和三价阳离子(如Al³⁺)等不同价态的阳离子，而单价离子选择性阳离子交换膜(Monovalent ion selective cationexchange membrane)，则会优先透过单价阳离子,而阻止大多数二价或更高价阳离子的透过。特殊场合，如在电渗析法进行海水浓缩制盐时,只有配备这样的单价离子选择性阳离子交换膜，才能有效地减少二价钙离子的透过，以防止在浓缩室形成硫酸钙沉淀。否则，硫酸钙沉淀会在离子膜表面沉积、结垢，使膜电阻迅速增大、电流效率显著下降，致使电渗析器无法稳定运行。因此，单价离子选择性离子交换膜的设计和制造，对一些特定场合(如海水浓缩制盐、双极膜电渗析制造高纯度酸/碱)的电渗析过程至关重要。

单价离子选择性离子交换膜的制造，目前有如下四种方法：a)加密基底离子交换膜的结构。例如，通过将不含离子交换基团的聚醚砜(PES)共混入磺化的聚醚醚酮(S-PEEK)，改造S-PEEK阳离子交换膜的结构，可以提高它的单价阳离子选择透过性能(参考文献：Journal of Membrane Science,2005,263:137-145)。这种方法需要改变原来的基底离子交换膜的结构，使之更加致密或者变厚，因此会明显增加膜面电阻。b)表面电沉积法。例如，将阳离子交换膜用2％聚乙烯亚胺(分子量为30,000)的水溶液浸泡，再通入直流电，将聚乙烯亚胺电沉积附着于膜表面，可以提高它的单价阳离子选择透过性能(参考文献：日本专利JP S46-23607)。电沉积聚2-乙烯吡啶盐酸盐也能获得类似的效果(参考文献：日本专利JP S46-42083)。一般而言，沉积在膜表面的聚电解质，结合并不牢靠，容易脱落，因此难以获得持久性的单价离子选择透过性能。c)表面交联法。例如，在阴离子交换膜的表面缩合交联间苯二胺，形成致密的交联层，利用筛分效应来阻止对二价阴离子的透过能力(参考文献：日本专利JP S36-15258)。d)聚电解质化学结合法。例如，先将季胺化的壳聚糖表面沉积在阳离子交换膜的表面，然后用环氧氯丙烷使之交联、紧密结合于膜表面，能够同时发挥聚阳离子电解质对二价阳离子的静电排斥力和致密交联结构对二价阳离子的筛分效应，从而达到较高的单价阳离子选择性(参考文献：胡圆，单价选择性阳离子交换膜的制备及应用初探，中国海洋大学硕士学位论文，2009)。其中，后两种方法都需要精准地控制交联层(结合层)的厚度，一般要经过有机溶剂反应体系来强化交联，这很可能会损伤基底膜的结构，也难以保证处理效果的一致性。

发明内容