[发明专利]一种具有多重交联结构的阴离子交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多重交联结构的阴离子交换膜的制备方法；（1）将溴甲基化聚苯醚溶于N‑甲基吡咯烷酮中形成铸膜液，将铸膜液刮涂在平板上或将铸膜液涂布在支撑布上，经凝固浴浸泡后干燥得到多孔基膜；（2）将1‑乙烯基咪唑、溴丙烷和异丙醇混合使体系进行反应；反应后加入二乙烯基苯、自由基引发剂和有机溶剂，搅均后得到单体溶液；（3）多孔基膜经单体溶液浸泡后被置于两片PET薄膜中间形成复合体；将复合体置于60‑100℃温度下热处理，剥离两片PET薄膜，得到阴离子交换膜半成品；（4）将阴离子交换膜半成品在130‑150℃温度下热后处理，得到阴离子交换膜。该方法制备得的阴离子交换膜电阻低、迁移数高，抗溶胀性能和耐溶剂性能好。

技术领域

本发明涉及一种阴离子交换膜的制备方法，具体涉及一种具有多重交联结构的阴离子交换膜的制备方法，该膜适用于电渗析过程。

背景技术

自1950年美国Ionics公司的Juda和McRac、1953年Rohm公司的Winger等发明了性能优良的离子交换膜以来，离子交换膜及其相关技术得到了迅速的发展。20世纪60年代，日本旭化成公司实现了用单价离子交换膜从海水制盐的工业化；20世纪70年代，Du Pont公司开发出了化学性质非常稳定的全氟磺酸和羧酸复合膜（阳离子交换膜，Nafion®系列），实现离子交换膜在氯碱电解工业和能量储存系统（燃料电池）的大规模应用。我国对离子交换膜的研究工作开始于1958年，当时是将离子交换树脂碾磨成粉以后，加入聚乙烯作为粘合剂，通过混炼、压延及热压等工艺加工成异相离子交换膜。1966年以后，我国对离子交换膜的研发进入了快速发展阶段，各类离子交换膜相继研发并投入生产。

离子交换膜可分为阴离子交换膜（简称为阴膜）和阳离子交换膜（简称为阳膜）；阴膜的高分子骨架带正电荷，能够选择透过阴离子，对阳离子具有静电排斥作用；阳膜的高分子骨架带负电荷，能够选择透过阳离子，对阴离子具有静电排斥作用。电渗析过程由电势梯度驱动，利用离子交换膜对离子的选择透过性，实现水溶液中盐分的脱除（淡化）或浓缩（制盐），具体的应用领域包括：（1）化工/食品/医药生产过程料液盐分的脱除，从而确保产品品质或使生产过程可持续进行，并最小化浓盐水体量；（2）工业初级纯水脱盐、工业中水脱盐、工业含盐废水治理、反渗透浓水脱盐等工业用水制备、治理及循环利用；（3）地表水纯化、苦咸水淡化和海水淡化等生活及饮用水的制备。

膜分离技术的核心是离子交换膜。离子交换膜可由不同方法制备。离子交换膜可以通过有机单体聚合而制备。文献号为S39-27861的日本专利文件描述了一种涂浆法生产基于苯乙烯单体的离子交换膜的方法，该方法首先将聚氯乙烯粉末加到由苯乙烯、二乙烯苯（交联剂）、邻苯二甲酸二辛脂（增塑剂）和过氧化二苯甲酰（引发剂）组成的单体混合物中制成浆液；该浆液通过特制的膜合成设备涂抹在聚氯乙烯网布上，后置于密闭反应器中进行聚合反应获得基膜；将基膜氯甲基化和胺化制得阴离子交换膜，将基膜磺化制得阳离子交换膜。离子交换膜也可以通过聚合物功能基化而制备。期刊《Journal of MembraneScience》第22卷第325页的研究论文描述了一种在聚砜高分子链引入功能基团制备阳离子交换膜的方法，该方法先配制聚砜溶液，然后加入氯磺酸进行磺化反应，溶液涂敷在网布上，干燥后即得到阳离子交换膜。期刊《International Journal of Hydrogen Energy》第42卷第17229页的研究论文描述了一种在聚砜高分子链引入功能基团制备阴离子交换膜的方法，该方法先配制聚砜溶液，然后进行氯甲基化反应和胺化反应，溶液涂敷在网布上，干燥后即得到阴离子交换膜。同聚砜类似，聚苯醚分子链的功能基化同样能够制备离子交换膜。期刊《Journal of Membrane Science》第190卷第159页研究论文中，聚苯醚溶解于氯苯，加入溴素发生溴化反应得到溴甲基化聚苯醚，反应温度较高时溴化倾向于发生在高分子链的甲基上，而温度较低时倾向于发生在高分子链的苯环上；在溶液中加入甲醇沉淀出溴甲基化聚苯醚固体，固体溶解于有机溶剂后涂敷在网布上，干燥后即成基膜；基膜浸泡入三甲胺溶液中，溴甲基与三甲胺发生胺化反应，得到阴离子交换膜。