[发明专利]一种改性共聚物膜材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性共聚物膜材料及其制备方法和应用，所述改性共聚物膜材料包括共聚物膜材料和羧基改性沸石分子筛。本发明改性共聚物膜材料具有离子交换基团，成膜后无需再引入离子交换基团，本发明的改性共聚物膜材料制成阳离子交换膜，增加了膜的离子交换容量，同时降低了膜面电阻。

技术领域

本发明属于聚合物膜材料技术领域，具体涉及一种改性共聚物膜材料及其制 备方法和应用。

背景技术

淡水资源是社会发展的基本要素，广泛应用于农业生产、饮用水和工业生产 过程中。然而目前淡水资源严重匮乏，饮用水约占全球总水量的0.5％左右。绝大 部分的水分布在海洋中，但是由于海水的含盐量过高无法直接饮用。随着世界人 口的增长，淡水资源的短缺已经成为许多国家需要面对的问题。电渗析技术具有 运行成本低、操作简单、脱盐率高、能耗低、使用寿命长等优点，因此被广泛应 用于海水淡化。离子交换膜具有独特的离子交换能力，被广泛应用于电渗析实验 中。

中国专利CN109316979A提供了一种制备阳离子交换膜的方法，将PVDF与 苯乙烯溶解在二甲基亚砜后，共混制膜；再经浓硫酸磺化后，引入离子交换基团 (-SO₃^-)。中国专利CN106994304A则通过辐照在PVDF膜表面接枝苯乙烯，然 后利用浓硫酸对膜进行磺化制备阳离子交换膜。

由于上述现有技术方案所使用的实验材料不具备离子交换基团，因此成膜后 需要在膜中引入离子交换基团，从而大大增加了工业化难度。且上述过程需要使 用浓硫酸对膜进行处理，增加了实验的危险性和难度。

目前，市售离子交换膜依赖于进口，且价格昂贵，另外还存在离子交换容量 (IEC)低、稳定性差的问题。另外，阳离子交换膜通常厚度大且致密性高，因 此离子在膜中的传质阻力较大，膜面电阻也随之增大。

因此，开发一种工艺简单安全、成本低廉及性能优良的离子交换膜具有重要 现实意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是，市售离子交换膜价格昂贵，离子交换容量(IEC) 低，稳定性差，制备方法复杂且存在安全隐患。另外，阳离子交换膜通常厚度大 且致密性高，因此离子在膜中的传质阻力较大，膜面电阻也随之增大。

基于此，本发明为解决上述任意一个或多个技术问题，提出以下技术方案：

本发明提供一种改性共聚物膜材料，所述改性共聚物膜材料包括共聚物膜材 料和羧基改性沸石分子筛。

优选地，共聚物膜材料和羧基改性沸石分子筛的质量比为1：(0.03-0.08)。

优选地，所述共聚物膜材料为聚偏氟乙烯的接枝共聚膜材料；优选地，所述 共聚物膜材料为接枝有磺酸基和/或磺酸盐基的聚偏氟乙烯膜材料；

更优选地，所述共聚物膜材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将聚偏氟乙烯加入碱溶液中进行碱处理，得到碱处理后的聚偏 氟乙烯，即碱化PVDF单体；

步骤(2)：将碱化PVDF单体、含磺酸基和/或磺酸盐基的可聚合单体、羧 基改性沸石分子筛、反应助剂于溶剂中混合，进行聚合反应，得到沸石分子筛改 性的共聚物膜材料。

优选地，所述羧基改性沸石分子筛是指接枝有羧基基团的沸石分子筛；

优选地，羧基改性沸石分子筛的制备方法包括：将改性剂与沸石分子筛在溶 剂中混合，进行羧基改性，使沸石分子筛表面接枝羧基基团；优选地，所述改性 剂为含羧基或羧酸盐的醇；优选地，为含羧基或羧酸盐的硅醇；更优选地，为含 羧基或羧酸盐的二元醇或多元醇；更优选地，为含羧基或羧酸盐的二元醇或多元 硅醇；进一步优选地，为羧基乙基硅烷三醇钠盐。

本发明还提供一种改性共聚物膜材料的制备方法，包括以下步骤：