[发明专利]一种溴烷季铵化聚吡咯改性阳离子交换膜及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种溴烷季铵化聚吡咯改性阳离子交换膜及其制备与应用，所述交换膜将阳离子交换膜依次在碱溶液和酸溶液中浸泡，去离子水清洗，获得酸碱活化后的阳离子交换膜；将活化后的阳离子交换膜浸泡在吡咯溶液中，室温静置至吡咯溶液挥干后，再加入氧化剂水溶液，震荡，取出膜，获得聚吡咯修饰膜；室温下，将聚吡咯修饰膜浸入溴烷溶液中1～24h，取出膜，用去离子水清洗，即得溴烷季铵化聚吡咯改性阳离子交换膜。本发明溴烷季铵化聚吡咯改性阳离子交换膜用于Na⁺的单价选择性分离。

(一)技术领域

本发明涉及一种单/多价选择性阳离子交换膜及其制备方法，具体涉及一种基于季铵化聚吡咯的单价选择性阳离子交换膜及制备方法。

(二)背景技术

水作为生命之源，重要性不言而喻。但当今，随着全球资源的日益枯竭，水资源短缺的问题首当其冲，变得日益严重，而且水资源的污染也同样加剧，这无疑是雪上加霜。饮用水的稀缺也是全球性的问题，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。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。

目前电渗析作为一种膜分离技术已经广泛运用在污水处理，食品加工以及医药健康等方面。虽然电渗析技术具备明显的应用优势，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。这对传统的电渗析技术提出了更高的要求：具有选择性分离不同价态同性离子的能力。为了满足工业上的实际需求，选择性电渗析技术的研发被提上日程。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种以溴烷为季铵化试剂将聚吡咯季铵化处理，得到表面修饰季铵化聚吡咯阳离子交换膜，用于制备单/多价选择性阳离子交换膜，在非同性离子、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。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种溴烷季铵化聚吡咯改性阳离子交换膜，所述交换膜按如下方法制备：1)室温下，将阳离子交换膜依次在碱溶液(优选氢氧化钠水溶液)和酸溶液(优选盐酸水溶液)中浸泡去掉膜表面蜡质材料，去离子水清洗，去掉膜表面多余的碱和酸，获得酸碱活化后的阳离子交换膜；

2)室温下，将步骤1)活化后的阳离子交换膜浸泡在吡咯溶液中，室温静置至吡咯溶液挥干后(优选2-6h)，再加入氧化剂水溶液，震荡使吡咯聚合(优选100次/min，震荡1h)，取出膜，获得聚吡咯修饰膜；所述氧化剂水溶液中氧化剂为过硫酸钠、氯化铁、过氧化氢、过氧乙酸、重铬酸钠、铬酸、高锰酸钾或过硫酸铵中的一种；

3)室温下，将步骤2)聚吡咯修饰膜浸入溴烷溶液中1～24h，取出膜，用去离子水清洗，即得溴烷季铵化聚吡咯改性阳离子交换膜。

进一步，步骤1)所述氢氧化钠水溶液和盐酸水溶液浓度均为1mol/L。

进一步，步骤2)所述吡咯溶液浓度为2mol/L，溶剂为水、乙醇、乙醚或苯。

进一步，步骤2)所述氧化剂水溶液浓度为0.5mol/L。

进一步，步骤3)所述溴烷溶液1-20g/L，所述溴烷溶液中溴烷为溴乙烷、1-溴丙烷、2-溴丙烷、1-溴丁烷、2-溴丁烷、1-溴戊烷、2-溴戊烷、3-溴戊烷、1-溴己烷、2-溴己烷、3-溴己烷、1-溴庚烷、2-溴庚烷、3-溴庚烷、4-溴庚烷、1-溴辛烷、2-溴辛烷、1-溴壬烷或1-溴癸烷，溶剂为水、乙醇、乙醚或苯。