[发明专利]一种氯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

本发明公开了一种氯烷季铵化聚吡咯改性阳离子交换膜，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；将聚吡咯修饰膜浸入氯烷溶液中1～24h，取出膜，用去离子水清洗，即得氯烷季铵化聚吡咯改性阳离子交换膜。本发明氯烷季铵化聚吡咯改性阳离子交换膜用于阳离子的单价选择性分离，经过季铵化聚吡咯改性后Na⁺相对Mg²⁺选择性透过值较未改性的商业膜从0.94增加到4.24。

(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，具体涉及一种使用氯丙烷及其部分同系物作为季铵化试剂，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

随着单价选择性阳膜的进一步普及，以单价选择性阳膜为核心的膜分离技术，如选择性电渗析技术已在诸多领域中引起了广泛关注。如，盐湖卤水锂资源的开发，其面临的最主要的难点之一是镁、锂比的数值过高，利用单价选择性阳膜可以实现单价锂离子的浓缩，降低镁、锂比的数值。在工业废水处理领域中，针对同时含有金属离子和H⁺的废酸液，利用单价选择性阳膜分离单/多价阳离子的性能，可以实现重金属离子和无机酸的高效回收与再利用，大大的降低了生产成本，消除了对环境的二次污染。在皮革生产过程中，同样，利用单价阳离子选择性电渗析技术，可以有效实现Na⁺/Cr³⁺分离及Cr³⁺富集浓缩与回收，这不仅能有效遏制其对环境的污染，还能产生良好的经济效益。单价阳离子选择性电渗析技术在水处理领域拥有诸多方面的优势和巨大的应用前景，但国内外应用实例却相对较少。其主要发展瓶颈在于高性能单价选择性分离膜的缺乏。为了加快选择性电渗析技术从实验室阶段走向规模化市场化的步伐，真正将单价阳离子选择性电渗析的优势体现和发挥出来，开发高性能单价阳离子选择性分离膜刻不容缓。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种以氯丙烷及其部分同系物作为季铵化试剂，处理表面修饰的聚吡咯活性皮层，得到季铵化聚吡咯的阳离子交换膜，用于制备单/多价选择性阳离子交换膜，这种膜可以将盐溶液中的单价离子选择性分离，可以应用在盐湖提锂和重金属离子与无机酸的高效回收与再利用等问题。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种氯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)中浸泡去除膜表面蜡质材料，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(2～6h)至吡咯溶液挥干后，再加入氧化剂水溶液，震荡使吡咯聚合(100r/min，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、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)聚吡咯修饰膜浸入氯烷溶液中1～24h，取出膜，用去离子水清洗，即得氯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2mol/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)所述溴烷溶液浓度1-20g/L。

进一步，步骤3)所述氯烷溶液中氯烷为1-氯丙烷，2-氯丙烷，1-氯丁烷，2-氯丁烷，1-氯戊烷，2-氯戊烷，1-氯己烷，3-氯己烷，1-氯庚烷，2-氯庚烷，1-氯辛烷，1-氯壬烷或1-氯癸烷中的一种，溶剂为水、乙醇、乙醚或苯。