[发明专利]主链与离子交换基团分离的离子交换膜及其制备和应用

权利要求书

1.主链与离子交换基团分离的离子交换膜，其特征在于：所述离子交换膜是以由有机高分子树脂、有机颗粒和无机颗粒共混于有机溶剂中形成溶液，经过相转化法固化成膜后，将膜置于非溶剂中制备得到主链与离子交换基团分离的离子交换膜；

所述主链与离子交换基团分离的离子交换膜采用如下步骤制备：

（1）将有机高分子树脂、有机颗粒和无机颗粒溶解在有机溶剂中，在温度为10～80℃下充分搅拌2～48 h制成共混溶液；其中有机高分子树脂浓度为10～60 wt%之间；有机颗粒和无机颗粒浓度为高分子树脂含量的10～50 wt%；

（2）将步骤（1）制备的共混溶液倾倒在无纺布基底或直接倾倒在玻璃板上，挥发溶剂0～60秒，然后在40～150 ℃温度下加热蒸干溶剂制备成膜；膜的厚度在20～300 μm之间；

（3）将步骤（2）制备的膜在0-60℃下置于非溶剂中反应0.1-12h，使其中的有机颗粒和无机颗粒反应生成不溶于非溶剂的离子交换基团；

（4）取出步骤（3）中所得到的膜浸于去离子水中，静置24 h以上；最终制备出主链与离子交换基团分离的离子交换膜；

所述的有机高分子树脂为聚醚砜、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酮类、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯并咪唑或聚乙烯吡啶中的一种或二种以上；有机颗粒为咪唑、甲基咪唑、联吡啶、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二种以上；无机颗粒为磷钨酸、磷钨酸盐中的一种或二种混合物；

非溶剂为0.1-3 mol L^-1的硫酸溶液、0.01-3 mol L^-1的盐酸溶液，0.01-3 mol L^-1的醋酸溶液或0.01-4 mol L^-1磷酸溶液中的一种或二种以上。

2.根据权利要求1所述的主链与离子交换基团分离的离子交换膜，其特征在于：所述的有机高分子树脂为聚醚砜、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酮类、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯并咪唑或聚乙烯吡啶中的一种或二种以上；有机颗粒为咪唑、甲基咪唑、联吡啶、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二种以上；无机颗粒为磷钨酸、磷钨酸盐中的一种或二种混合物。

3. 根据权利要求1或2所述的主链与离子交换基团分离的离子交换膜，其特征在于：有机溶剂中有机高分子树脂浓度为10～40 wt%之间，有机和无机小分子颗粒浓度为有机高分子树脂含量的10～50 wt%；有机颗粒和无机颗粒的质量比为0.1～10；所述有机溶剂为二甲基亚砜（DMSO）、N,N’-二甲基乙酰胺（DMAC）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃（THF）中的一种或二种以上。

4.一种权利要求1-3任一所述的主链与离子交换基团分离的离子交换膜的制备方法，其特征在于：

所述主链与离子交换基团分离的离子交换膜采用如下步骤制备：

（1）将有机高分子树脂、有机颗粒和无机颗粒溶解在有机溶剂中，在温度为10～80℃下充分搅拌2～48 h制成共混溶液；其中有机高分子树脂浓度为10～60 wt%之间；有机颗粒和无机颗粒浓度为高分子树脂含量的10～50 wt%；

（2）将步骤（1）制备的共混溶液倾倒在无纺布基底或直接倾倒在玻璃板上，挥发溶剂0～60秒，然后在40～150 ℃温度下加热蒸干溶剂制备成膜；膜的厚度在20～300 μm之间；

（3）将步骤（2）制备的膜在0-60℃下置于非溶剂中反应0.1-12h，使其中的有机颗粒和无机颗粒反应生成不溶于非溶剂的离子交换基团；

（4）取出步骤（3）中所得到的膜浸于去离子水中，静置24 h以上；最终制备出主链与离子交换基团分离的离子交换膜；

所述的有机高分子树脂为聚醚砜、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酮类、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯并咪唑或聚乙烯吡啶中的一种或二种以上；有机颗粒为咪唑、甲基咪唑、联吡啶、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二种以上；无机颗粒为磷钨酸、磷钨酸盐中的一种或二种混合物；

非溶剂为0.1-3 mol L^-1的硫酸溶液、0.01-3 mol L^-1的盐酸溶液，0.01-3 mol L^-1的醋酸溶液或0.01-4 mol L^-1磷酸溶液中的一种或二种以上。