[发明专利]一种多硼交联剂及扩散渗析专用阳离子膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种多硼交联剂及扩散渗析专用阳离子膜的制备方法，其中多硼交联剂的制备方法是将2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸和3‑丙烯酰胺基苯硼酸分散于水中，再加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，控制体系pH值为8‑9，在氮气保护下于35℃反应8‑9h，得到2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸接枝3‑丙烯酰胺基苯硼酸共聚物溶液，经丙酮沉淀除去单体，即得多硼交联剂。利用多硼交联剂在碱性条件下与聚合物分子交联制备扩散渗析专用阳离子膜，所得阳离子膜包括非功能基化惰性聚合物区和功能基化离子交换区，还包括具有用于传导OH^‑的‑OH基团的辅助传导区。本发明制备的多硼交联剂内含有大量的离子交换基团，可提高膜的离子交换容量，保证分离效果。

技术领域

本发明涉及一种多硼交联剂及扩散渗析专用阳离子膜的制备方法，属于膜技术领域。

背景技术

对于聚乙烯醇(PVA)来说，硼酸是一种很好的交联剂，在弱碱性条件下二者之间可以形成稳定的交联结构，从而限制PVA的溶胀。同时，PVA与硼酸之间的交联结构可以根据pH值的不同进行调控。硼酸类化合物已经应用于交联多羟基聚合物制备生物材料的研究，其与多羟基聚合物之间的交联强度已得到了公认，但是小分子硼酸作为交联剂使用时，交联速度太快，不容易控制，且交联后PVA的柔韧性变差，成膜性不好。因此，急需开发具有良好的可控交联性能和成膜性能的大分子硼交联剂：一方面，多硼交联剂柔性链的引入可以保持PVA链的柔性，从而避免其由于交联反应带来的成膜性的下降；另一方面多硼交联剂与PVA之间的交联反应可以通过调节体系的pH值来控制，从而达到控制其交联密度的目的。

《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science 451(2014)18–23)报道选用聚偏氟乙烯(PVDF)作为基体，对苯乙烯磺酸钠(SSS)作为功能单体，利用自由基聚合的方法制备了一系列带有半互穿网络结构(semi-IPNs)的复合膜，研究结果表明膜的分离性能与单体添加量以及交联剂用量存在密切关系。

《Fibers and Polymers》(Fibers and Polymers 14(2013)2097-2102)报道在直接选用硼酸作为交联剂，不同的硼酸添加量对聚乙烯醇/二甲基亚砜(DMSO)溶液体系的影响。研究表明聚乙烯醇纤维的强度与不同分子量的小分子硼酸交联剂用量存在密切关系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多硼交联剂及扩散渗析专用阳离子膜的制备方法，利用该多硼交联剂制备扩散渗析专用阳离子膜，以期可以提高现有商品膜的回收效率和离子选择性。

本发明多硼交联剂的制备方法，是将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)分散于水中，再加入引发剂过硫酸铵和亚硫酸氢钠，控制体系pH值为8-9，在氮气保护下于35℃反应8-9h，得到2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸接枝3-丙烯酰胺基苯硼酸共聚物溶液，经丙酮沉淀除去单体，即得多硼交联剂。

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与3-丙烯酰胺基苯硼酸的摩尔比为10:1。

过硫酸铵和亚硫酸氢钠与3-丙烯酰胺基苯硼酸的摩尔比为0.05:0.05:1。

利用本发明多硼交联剂制备扩散渗析专用阳离子膜，可以改善小分子硼酸交联剂制备膜的固有缺陷：大量-SO₃^-基团的引入赋予了膜一定的可交换功能基团，保证分离效果；高分子长链之间的缠绕确保膜的机械性能。利用本发明多硼交联剂与含-OH聚合物(如PVA)进行交联，可以改进传统聚合物膜的性能，制备出一系列不同性质的扩散渗析用复合阳离子膜。

利用本发明多硼交联剂制备扩散渗析专用阳离子膜的方法，包括如下步骤：

1、将多硼交联剂溶液滴加至聚乙烯醇(PVA)水溶液中，控制pH值8-9，室温下搅拌反应30min；

2、将步骤1获得的反应液置于室温下密封放置，脱去反应液中的气泡，获得膜液；