[发明专利]一种离子交换树脂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种离子交换树脂及其制备方法和应用，所述离子交换树脂包括带有离子交换基团的静电纺纤维膜，所述静电纺纤维膜的纤维直径为150‑250nm；所述静电纺纤维膜为共聚物纺丝膜。本发明将离子交换树脂的纤维直径控制在上述范围内，能有效调控离子交换树脂的孔径和比表面积，进而提升其离子交换效率。本发明所述制备方法采用共聚物纺丝液，纺丝过程顺畅易行，结合优化的纺丝工艺参数，可连续纺出直径为150‑250nm的超细纤维。

技术领域

本发明属于膜分离材料技术领域，具体涉及一种离子交换树脂及其制备方法和应用。

背景技术

离子交换树脂是一类带有功能基团的网状结构的高分子化合物，它由不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团上带有相反电荷的可交换离子三部分构成。

离子交换树脂大量用于水中离子的去除，工业中用于去离子水的制备，目前传统的离子交换树脂采用对聚苯乙烯或聚丙烯酸酯颗粒进行改性的方法制备获得，所得的离子交换树脂一般为颗粒状，粒径和尺寸均匀性对操作运行有很大的影响。树脂颗粒的尺寸一般在0.3-1.2mm范围内，大部分在0.4-0.6mm之间。

CN106243265A采用均相湿化学法在惰性晶核的表面合成粒径为100-150μm的交联聚苯乙烯白球骨架；添加氯甲醚作为氯甲基化试剂，与所述交联聚苯乙烯白球中原先苯乙烯中的苯环进行反应，得到中间产物A；将所述中间产物A与含有长碳链的叔胺进行胺化反应，生成粒径为180-280μm的强碱性阴离子交换树脂。CN102641754A采用一步共聚合制备了一种新型丙烯酸酯骨架的弱碱性阴离子交换树脂，步骤如下：1)制备由去离子水、分散剂、NaCl或CaCl₂、水相阻聚剂次甲基兰组成的水相；2)配制由功能单体、交联剂以及脂溶性调节剂混合组成的油相并加入引发剂；3)将油相加入水相中搅拌、升温进行反应；4)过滤、洗涤、抽提、烘干后即可制得凝胶型或大孔型阴离子交换树脂。工艺简单，酸、碱转换体积变化较小，且操作容易、生产周期短。

但上述两篇专利文件中制得的离子交换树脂的粒径对离子交换速度影响非常大，当颗粒度大，运行阻力小，但同时比表面积小，离子交换速度变慢；粒度太小，比表面积大，虽然离子交换速度变快了，但运行阻力较大，耗能大。

因此，开发一种新型离子交换树脂，摆脱离子交换树脂粒径和尺寸均匀性对离子交换效率的影响，实现高效提升离子交换速率的目的是目前面临巨大挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种离子交换树脂及其制备方法和应用，所述离子交换树脂为共聚物纺丝膜，且其直径为150-250nm，将所述静电纺丝膜纤维直径控制在上述范围，有效提升了静电纺丝膜的比表面积，进而提升了其离子交换效率，其中，阳离子交换树脂对Na⁺、K⁺、Ca²⁺的选择透过度最高分别可以达到94％以上、91％以上和88％以上，阴离子交换树脂对Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-的选择透过度最高分别高达92％以上、88％以上和85％以上。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种离子交换树脂，所述离子交换树脂包括带有离子交换基团的静电纺纤维膜，所述静电纺纤维膜的纤维直径为150-250nm，优选为150-210nm，所述静电纺纤维膜为共聚物纺丝膜。

所述静电纺纤维膜的纤维直径为150-250nm，例如可以是150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm或250nm等。