[发明专利]一种具有单多价选择分离功能的阴离子交换膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于分离膜技术领域，具体涉及一种一种具有单多价选择分离功能的阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

随着全球水资源的日益枯竭和水污染的不断加剧，水资源短缺的问题已经成为目前全球面临的最大的挑战之一。海水淡化、苦咸水脱盐及污水处理回用是解决水资源问题的重要途径。目前在水处理领域，已形成了包括微滤、超滤、纳滤、反渗透和电渗析等方法的独特水处理体系。其中，电渗析是利用离子交换膜对离子的选择透过性能，在外加直流电场力的推动下，使得离子定向迁移，从而达到电解质溶液的分离、提纯、和浓缩的一门技术。且电渗析技术因其水回收率高、设备使用寿命长和运行成本低，同时对于非同性离子、甚至同性离子之间的分离具有不可代替的巨大优势而备受关注。

但是随着饮用水处理难度的加大、化工生产的进步以及水产品等级要求的提高，人们对电渗析的期望也随之增加。相应的，对于具有特殊分离能力的离子交换膜的需求也日益高涨，例如：在电渗析综合利用海水的过程中，就希望可以选择性分离硫酸根离子从而避免结垢的产生。在处理地下饮用水中，也希望可以更好地去除有害的一价离子如硝酸根、氟离子等从而提高水质保证饮用水安全。因此研究具有选择性分离一、多价离子的阴离子交换膜具有重大的应用前景。

研究表明，阴离子交换膜对不同离子的选择性主要依靠离子的水合能和膜的亲水性，以及膜所带的电荷量。将带有负电荷的改性材料形成于阴离子交换膜表面，借助孔径筛分效应和静电排斥作用，可实现阴离子交换膜对一、多价阴离子的选择性分离。

Journal of Membrane Science(2016，520，262-271)提出了一种层层电沉积改性商业阴离子交换膜获得具有单价阴离子选择性离子交换膜的方法。利用壳聚糖季铵盐作为聚阳离子电解质，聚乙烯苯磺酸钠作为聚阴离子电解质，通过电沉积的手段，在商业阴离子交换膜的表面层层电沉积聚电解质。在SO₄^2-/Cl^-体系的电渗析实验中得到较好的单、多价离子选择性分离性能，其中电沉积9个双层时Cl^-相对SO₄^2-的选择性达到2.9，获得了具有单价选择性的阴离子交换膜。但是改性层及膜表面之间仅仅依靠静电作用吸附在一起，无法克服稳定性较差的问题，不利于长时间的使用。

在离子交换膜表面层层沉积聚阴离子和聚阳离子电解质是一种有效的制备一、二价离子选择性膜的方法，但是聚合物之间仅依靠静电相互作用连接在一起，在使用过程中改性层易脱落。化学交联使聚电解质之间形成稳定的化学键，是一种有效的提高稳定性改性层的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种使用寿命长、选择性分离性能显著的具有单多价选择分离功能的阴离子交换膜的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有单多价选择分离功能的阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备聚电解质溶液：分别将一定量的PSS(聚苯乙烯磺酸钠)和HACC(壳聚糖季铵盐)与NaCl溶于纯水中，得到一定浓度的PSS/NaCl混合溶液和HACC/NaCl混合溶液；

(2)将阴离子交换膜(AEM)固定于电沉积装置中，首先将PSS沉积在阴离子交换膜表面，纯水浸泡，再将HACC沉积在PSS层表面，通过不断地交替沉积，在阴离子交换膜表面得到聚电解质多层改性层；

(3)制备DAS(4,4’-二叠氮二苯乙烯-2,2’-二磺酸钠)溶液：称取一定量的DAS粉末和NaCl，溶于纯水中，并用盐酸调节溶液的pH值至2.0-8.0，得到DAS溶液；

(4)将聚电解质多层改性膜单面浸泡在DAS溶液中，使DAS渗透进入聚电解质多层内部；

(5)将经过步骤(4)处理的改性膜进行紫外光照射，使DAS与聚电解质多层和膜表面之间发生交联，形成稳定的交联改性层；

(6)将经步骤(5)交联后的膜浸泡在0.1～1.0M的NaCl溶液里，以除去交联用的DAS分子，得到具有单多价选择分离功能的阴离子交换膜，最后将膜保存子纯水中；

所述的PSS、HACC及DAS的结构式分别如下所示：

所述步骤(1)中，所述PSS分子量Mw＝80,000，HACC分子量Mw＝20,000。

所述步骤(1)中，聚电解质溶液中PSS或HACC的浓度为1.0-5.0g/L，优选为1.0g/L；NaCl浓度为0.5-2.0M，优选为0.5M。