[发明专利]一种均相交联结构烷基侧链型聚芳醚砜类阴离子交换膜的制备方法

说明书

一种均相交联结构烷基侧链型聚芳醚砜类阴离子交换膜的制备方法，包括：步骤1：3‑溴丙胺‑甲基咪唑溴酸盐(I)与x‑氯‑1‑链烷醇(II)反应生成x‑二羟基‑烷基链侧链咪唑盐(III)；步骤2：化合物(III)反应制得x‑二氯‑烷基链侧链咪唑盐(IV)；步骤3：将含氨基基团的聚芳醚砜(V)和x‑二氯‑烷基链侧链咪唑盐(IV)、1‑溴‑3‑甲基咪唑盐‑烷链(VI)溶于有机溶剂中，静置脱泡，得到铸膜液；步骤4：将步骤3中所得铸膜液涂覆于洁净的玻璃板上，经原位反应、真空干燥得到均相交联结构烷基侧链型聚芳醚砜类阴离子交换膜。本发明制得的阴离子交换膜具有溶胀率低、结构稳定性好、单多价渗透选择性高的特点。

(一)技术领域

本发明涉及聚合物高分子材料领域，具体涉及一种均相交联结构烷基侧链型聚芳醚砜类阴离子交换膜的制备方法。

(二)背景技术

利用普通电渗析技术进行海水浓缩制取食盐工艺存在的问题是：单价阴离子Cl^–(或单价阳离子Na⁺)向浓缩室迁移的同时，多价阴离子，如SO₄^2–、CO₃^2–等(或多价金属阳离子，如Ca²⁺、Mg²⁺等)也向浓缩室的迁移。当浓缩室中的CaSO₄、CaCO₃等的浓度高于其盐的溶度积后，便形成沉淀并沉积于膜的表面，增加了膜面电阻等，导致电渗析器电流效率的降低、能耗的显著增加，甚至引起烧膜现象，因而显著增加了制盐成本。若将普通电渗析膜堆中的离子膜进行部分替换或另添置单价选择性离子膜构建选择性电渗析，利用单价选择性离子膜阻隔多价阴离子SO₄^2–、CO₃^2–等而允许单价离子Cl^–通过的特性，有效浓缩反渗透浓海水制得高纯度食盐，并同时解决难溶盐在膜表面结垢的问题。针对特定的待分离混盐体系，单价选择性离子膜的选择至关重要。但目前国内绝大部分商业离子膜产品为异相膜，主要是用于初级水处理等对离子纯度要求相对较低的分离领域。对于单价选择性阴离子膜，国内外研究者据孔径筛分效应、静电排斥效应或离子水合能差异的分离机理，采用多种策略进行了相关研究。主要策略是利用静电沉积改性和化学键接枝改性在商业离子膜表面进行交联形成致密层、引入荷电层等。例如：在Cl^–/SO₄^2–分离过程中，通过电沉积将聚乙烯亚胺沉积在季胺化聚苯醚阴离子膜表面，膜表层致密度的提高使得Cl^–/SO₄^2–的相对选择性由0.79增至4.27(J.Membr.Sci.2017,539,263–272)。在膜表面引入致密荷电层，如“三明治”结构等，起到孔径筛分或静电排阻作用(J.Membr.Sci.2018,556,98-106)。利用电沉积法制备了仿细胞膜结构选择性阴离子膜，其面电阻仅有1.92Ωcm²，但Cl^–/SO₄^2–的相对选择性为2.20(Sci.Rep.2016,6,1–13)；利用小分子光交联剂将PSS和HACC电解质层共价键连接以保证改性层的稳定性，优化后选择性阴离子膜的Cl^–选择性为4.36(4.46Ωcm²)(J.Membr.Sci.2017,543,310–318)。主要存在的问题是：改性层的脱落导致使用寿命的缩短；薄的改性层表现出较低的渗透选择性；表面致密度的提高、相反电荷层的引入增加了膜的面电阻。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种溶胀率低、结构稳定性好、单多价渗透选择性高的均相交联结构烷基侧链型聚芳醚砜类阴离子交换膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种均相交联结构烷基侧链型聚芳醚砜类阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：