[发明专利]热交联型磺化聚砜离子交换膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜制备技术领域，具体涉及一种热交联型磺化聚砜离子交换膜的制备方法。

背景技术

离子交换膜是一种带有活性基团的功能膜材料，这种活性基团为酸性或碱性的离子基团，赋予膜离子交换的功能。在过去数十年间，离子交换膜技术已经被广泛的应用于电渗析、扩散渗析、氯碱工业以及燃料电池等领域。为满足实际应用的要求，离子交换膜需具有高的离子选择性、低的膜电阻、良好的机械稳定性和良好的化学稳定性。通常具有高离子选择性和低膜电阻的离子交换膜，都具有较高的IEC 值，而高的IEC 值又会导致高的吸水率而使膜发生大的尺寸变化发生溶胀，机械强度大幅下降。IEC 和溶胀成为了两个离子交换膜性能的异常重要但又相互矛盾的因素。交联工艺能够有效的降低膜的吸水率、溶胀度并提高膜的机械性能， 因此常被应用于膜性能的改善。

聚砜（PSU）是一种含有砜基的线型杂化芳香族聚合物，具有较优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性以及良好的加工性能， 是高性能聚合物材料。因此，已有大量研究将聚砜进行磺化引入磺酸基，使其成为具有离子选择性的材料。目前商业化聚砜基阳离子交换膜大多是经直接磺化改性聚砜所制得的主链型膜产品， 主要应用于膜分离，但由于高磺化度导致膜的吸水率和溶胀度相对较高，使其在实际离子交换应用中无法保证良好的机械性能，从而使得应用效果不佳。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种热交联型磺化聚砜离子交换膜的制备方法。

热交联型磺化聚砜离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）磺化聚砜的转型处理：将磺化聚砜在0.5mol/L的硫酸溶液中浸泡24-48h，取出后用去离子水冲洗5次，然后在50-70℃下干燥12h，得到H型的磺化聚砜固体；

（2）铸膜液的制备：将聚乙烯醇加入到二甲基亚砜中，在30℃下搅拌2h，然后在60℃下搅拌3h，得到聚乙烯醇的二甲基亚砜溶液，加入步骤（1）得到的H型的磺化聚砜固体，在30-50℃下搅拌3h，静置20h，然后超声分散20min，得到铸膜液；

（3）热交联膜的制备：将步骤（2）得到的铸膜液倾倒在聚四氟乙烯板上，刮制成膜，真空干燥24h，然后在140℃下烘干干燥8-12h。

优选地，步骤（1）中所述磺化聚砜的磺化度为80%。

优选地，步骤（2）中所述聚乙烯醇为1799 型聚乙烯醇。

优选地，步骤（2）中聚乙烯醇、二甲基亚砜、H型的磺化聚砜固体的质量比为1:30:5。

优选地，步骤（3）中真空干燥的温度为60℃。

优选地，步骤（2）中超声分散的条件为：超声功率100-400W、超声频率50Hz。

本发明的优点：

本发明采用聚乙烯醇（PVA）作为交联剂，与商业化的高磺化度的磺化聚砜进行高温热交联处理，有效降低了膜的吸水率与溶胀度，明显提高了膜的机械性能和热稳定性能。

具体实施方式

实施例1

热交联型磺化聚砜离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）磺化聚砜的转型处理：将磺化度为80%的磺化聚砜在0.5mol/L的硫酸溶液中浸泡24h，取出后用去离子水冲洗5次，然后在50℃下干燥12h，得到H型的磺化聚砜固体；

（2）铸膜液的制备：将1799 型聚乙烯醇加入到二甲基亚砜中，在30℃下搅拌2h，然后在60℃下搅拌3h，得到聚乙烯醇的二甲基亚砜溶液，加入步骤（1）得到的H型的磺化聚砜固体，在30℃下搅拌3h，静置20h，然后在超声功率100W、超声频率50Hz的条件下超声分散20min，得到铸膜液；其中，聚乙烯醇、二甲基亚砜、H型的磺化聚砜固体的质量比为1:30:5；

（3）热交联膜的制备：将步骤（2）得到的铸膜液倾倒在聚四氟乙烯板上，刮制成膜，在60℃下真空干燥24h，然后在140℃下烘干干燥12h。

实施例2

热交联型磺化聚砜离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）磺化聚砜的转型处理：将磺化度为80%的磺化聚砜在0.5mol/L的硫酸溶液中浸泡48h，取出后用去离子水冲洗5次，然后在70℃下干燥12h，得到H型的磺化聚砜固体；