[发明专利]一种阳离子交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种阳离子交换膜的制备方法，步骤如下：（1）制备热塑性聚氨酯非织造布；（2）将羧基化多壁碳纳米管加入到溶剂中，使用混合溶液制备分散液；（3）进行震荡、烘干操作，得到c‑MWCNTs/TPU复合导电纤维网；（4）将阳离子成膜物质溶于溶剂中配制得阳离子铸膜液；（5）c‑MWCNTs/TPU复合导电纤维网置于阳离子铸膜液中，浸渍、干燥得到TPU‑阳离子交换膜；（6）将TPU‑阳离子交换膜浸泡于过渡金属的盐溶液中，取出并室温晾干得到阳离子交换膜成品。本发明能够制备出成本低，低电阻、机械性能和热稳定性能优良的阳离子交换膜。

技术领域

本发明应用于电化学、废水处理的膜技术领域，具体涉及一种阳离子交换膜的制备方法。

背景技术

阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，通常是磺酸型的，带有固定基团和可解离的离子，如钠型磺酸型固定基团是磺酸根，解离离子是钠离子。阳离子交换膜可以看作是一种高分子电解质，由于阳膜带负电荷，虽然原来解离的正离子受水分子作用解离到水中，但在电场作用下，带有正电荷的阳离子就可以选择通过阳膜，而阴离子因为同性排斥而不能通过，所以具有选择透过性。

阳离子交换膜的制备一般采用两种方法：第一是膜本体的修饰，主要是通过调整工艺参数(特别是交联度)制造一个合适的单极膜，在与酸和金属二价盐混合溶液接触时，质子的通量高于金属离子的通量；第二是膜表面处理，包括增加膜表面致密性和在阳膜的表面上沉积一薄的阴离子交换层，产生正电荷，因此产生一个电斥力屏障限制其他价态阳离子相对的渗透。

单纯由阳离子铸膜液制备的阳离子交换膜具有如下缺陷：使用过程中容易变形；热稳定性不佳；电阻较高；使用过程中能耗高。近年来，有将阳离子铸膜液与金属镍网复合制备阳离子交换膜的报道。这种新型的阳离子交换膜电阻低，机械稳定性能明显提升。但这种阳离子交换膜需要使用金属镍网制备，成本很高，且金属镍网本身的物理性质也决定了制备出来的阳离子交换膜的柔韧性不好，适用范围有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种阳离子交换膜的制备方法，采用浸渍的方法将TPU导电纤维网与阳离子铸膜液复合，能够制备出成本较低，力学性能、电性能和热稳定性能均较好的阳离子交换膜。

为实现上述目的，本发明的阳离子交换膜的制备方法的步骤如下：

（1）以热塑性聚氨酯为原料，以熔喷纺丝的方法制备热塑性聚氨酯非织造布；

（2）将羧基化多壁碳纳米管加入到溶剂中，制备混合溶液；然后将混合溶液放入超声波清洗仪中，于50-75 ℃水浴中超声震荡60-90 分钟，得到分散液；

（3）对于步骤（1）中制备的TPU非织造布，首先进行震荡、烘干操作；

震荡、烘干操作是将TPU非织造布置于步骤（2）中得到的分散液中，对分散液进行1-3分钟超声震荡，再将TPU非织造布由分散液中取出并置于50-70 ℃烘箱中烘干5-10 分钟；

震荡、烘干操作后得到c-MWCNTs/TPU复合导电纤维网；

（4）将阳离子成膜物质溶于溶剂中配制得到阳离子铸膜液；

（5）将步骤（3）得到的c-MWCNTs/TPU复合导电纤维网置于步骤（4）的阳离子铸膜液中，浸渍后取出，室温干燥得到TPU-阳离子交换膜；

（6）将步骤（5）中的TPU-阳离子交换膜浸泡于过渡金属的盐溶液中，浸泡、交联后取出并室温晾干得到阳离子交换膜成品。