[发明专利]一种双极膜及其制备方法

权利要求书

1.一种双极膜，其特征在于，所述双极膜包括阴离子交换层、阳离子交换层以及两膜层之间的中间界面层，其中中间界面层是在阳离子交换层上由含多巴胺结构的有机物材料和由钛酸四丁酯水解生成的微纳米二氧化钛分层喷涂而成，同时微纳米二氧化钛表面还具有所述的含多巴胺结构的有机物材料从而形成核壳结构。

2.按照权利要求1所述的一种双极膜，其特征在于，所述的中间界面层为含多巴胺结构的有机物材料和由钛酸四丁酯水解生成的微纳米二氧化钛层层交替间隔喷涂而成多层结构。

3.按照权利要求1所述的一种双极膜，其特征在于，每层中间界面层喷涂顺序依次为：含多巴胺结构的有机物、微纳米二氧化钛。

4.按照权利要求1所述的一种双极膜，其特征在于，微纳米二氧化钛形成的有机物包覆的微纳米粒核壳结构的粒径范围100-600nm。

5.按照权利要求1所述的一种双极膜，其特征在于，一层含多巴胺结构的有机物材料层和一层微纳米二氧化钛层复合在一起的称为单复合层，单复合层的厚度为400nm-2μm，其中微纳米二氧化钛层的厚度占80-90％。

6.按照权利要求1所述的一种双极膜，其特征在于，阴离子交换膜选择戊二醛和聚乙烯亚胺；阳离子交换膜为异相或均相，具有强酸性磺酸基团。

7.按照权利要求1所述的一种双极膜，其特征在于，作为含多巴胺结构的有机物优选自多巴胺、盐酸多巴胺、多巴胺盐酸盐、香豆酸多巴胺、嗪草酮多巴胺、6-羟基多巴胺、多巴胺d4盐酸、n甲基多巴胺、6-硝基多巴胺、盐酸莱克多巴胺、多巴胺3O硫酸盐、4-甲氧基多巴胺材料中的至少一种。

8.权利要求1-7任一项所述的一种双极膜的制备方法，其特征在于，采用超声喷涂制备方法，以离子交换膜作为载体进行超声喷涂，具体包括以下步骤：

步骤a、称取一定量的钛酸四丁酯加入到溶剂1中，超声搅拌形成悬浮液A；再称取一定量的含多巴胺结构的有机物溶解到溶剂2中，形成有机物溶液B；以上两种为双极膜中间界面层的喷涂溶液；分别称取一定质量的戊二醛和聚乙烯亚胺，分别配置为戊二醛水溶液和聚乙烯亚胺水溶液，这两种作为阴离子交换膜的喷涂溶液；

步骤b、将形成的悬浮液A和有机物溶液B分别吸入带有超声的注射器中，通过注射泵将其压入超声喷头中，先将含多巴胺结构的有机物溶液B在超声作用下生成纳米尺度液滴，均匀分散喷涂到离子交换膜表面，形成一层含多巴胺结构的有机物层；然后将悬浮液A在超声作用下分散成微纳尺度的液滴喷涂到含多巴胺结构的有机物层膜表面，若中间界面层为多层则交替循环喷涂悬浮液A和有机物溶液B；制备好中间界面层之后，再交叉喷涂戊二醛和聚乙烯亚胺水溶液作为阴离子交换膜。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，作为优选所述钛酸四丁酯加入到到溶剂1中为：将钛酸四丁酯溶于乙醇和水的混合溶液中、钛酸四丁酯溶于乙醇中、将钛酸四丁酯溶于去离子水中的至少一种；

在采用将钛酸四丁酯溶于乙醇和水的混合溶液中、将钛酸四丁酯溶于去离子水中是相当于在溶液中水解形成微纳米二氧化钛；采用钛酸四丁酯溶于乙醇中时在喷涂的过程中遇见空气中的水蒸气也可以水解成二氧化钛。

10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，微纳米二氧化钛表面还具有所述的含多巴胺结构的有机物材料指的是在喷涂悬浮液A时，悬浮液A液滴会溶解部分含多巴胺结构的有机物材料，进而在二氧化钛颗粒表面形成包覆层；或者/和交替喷涂时，有机物溶液B混渗入到二氧化钛颗粒表面，从而形成包覆层；

悬浮液A对应的钛酸四丁酯的浓度为使得无机微纳米粒子二氧化钛的质量百分比浓度5％-15％；溶剂2选自水；含多巴胺结构的有机物的浓度为0.06g/L-1.2g/L；

超声喷涂时对膜所在的环境抽真空，真空泵压力0.45-0.6Mpa，气密注射器进液速率200-400μl/min。