[发明专利]一种单价选择性阳离子交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种单价选择性阳离子交换膜的制备方法，步骤为：（1）以阳离子交换膜为基膜并将其浸泡于氧化剂水溶液中，（2）将步骤（1）获得的膜片浸泡于吡咯‑2‑羧酸的乙醇溶液中，使吡咯‑2‑羧酸在膜片内部及表面发生聚合；（3）将步骤（2）获得的膜片先进行酸洗、再进行水洗，水洗后进行加热处理；（4）将步骤（3）获得的膜片在含有对氯甲基苯乙烯和甲基丙烯酸2‑磺乙酯的混合液里进行短时间浸泡，取出膜片并将其夹于两片惰性片体之间，然后进行热聚合处理，（5）将步骤（4）获得的膜片浸泡于N,N‑二甲基乙醇胺水溶液中，浸泡完毕后水洗，便获得单价选择性阳离子交换膜。

技术领域

本发明涉及一种离子交换膜的制备方法，具体涉及一种单价选择性阳离子交换膜的制备方法。

背景技术

电渗析是利用离子交换膜对阴阳离子的选择透过性能，在电场作用下通过阴阳离子的定向迁移来实现对电解质溶液的分离、提纯和浓缩的目的。其最基本的用途是用于水溶液脱盐和浓缩。电渗析作为一种电驱动膜分离技术，因为其具有良好的技术相容性、易操作性、低能耗和膜组件易更换等特点，在海水淡化、废水资源化利用和化学品生产中得到了广泛的应用。

传统的离子交换膜性能已经得到很大提升且基本可以满足工业需要，但在离子交换膜的应用领域中，更多的是涉及含有多种离子的溶液。在许多电渗析应用领域中，往往需要利用膜将特定离子从混合物中选择分离出来。利用电渗析法从混合物中分离特定阳离子的技术对于废水处理、湿法冶金等领域是十分重要的。与离子交换树脂法和液相离子交换剂萃取法不同的是，利用离子交换膜的电渗析技术能够连续运行而且过程中无需添加酸、碱和有机溶剂。尽管常规离子交换膜可以实现阳离子和阴离子之间的分离，但是它不能有效地实现同性离子间的分离。随着电渗析技术的发展和工业界要求的提高，且由于传统阳离子交换膜对特定阳离子的选择性分离能力较差，单/多价分离效率较低的常规电渗析己经略显乏力。

具有单价分离能力的选择性电渗析在诸多领域，例如盐湖提锂、盐水的精制、废酸废碱回收等领域，展现出巨大的潜力。作为选择性电渗析的核心，高性能的单价选择性离子交换膜的制备显得至关重要。因此，大量针对单价选择性离子交换膜的制备和电渗析法选择分离特定离子的研究工作已经相继得到开展。

自从1972年开始，日本实现了直接通过电渗析浓缩海水来制取食盐。为了从海水中直接制取较纯净的氯化钠，就要求阳离子交换膜对单价的钠离子有优先的选择透过性。因此单价离子选择性分离膜的研发被提上日程。通过增加阳离子交换膜的交联密度或者在一个低交联密度阳离子交换膜表面形成一极薄的高交联密度树脂可以使单价阳离子的渗透性显著高于高价态阳离子。在阳离子交换膜中引入少量的阴离子交换基团或者在阳离子交换膜表面形成一薄层荷正电聚电解质也可以增加膜的单价离子选择性。

基于不同的分离机理，单价选择性阳离子交换膜的制备有如下方法：

（1）增加膜基体的致密度。鉴于阳离子间的水合离子半径不同，最初尝试通过增加交联度制备致密膜基体来实现离子间的筛分。比如，苯酚、苯酚磺酸钠和甲醛三种单体进行缩聚反应可以制备单价选择性阳离子交换膜，通过改变交联剂苯酚的用量来改变膜基体致密度；随着酚含量的增加，钙离子相对钠离子的渗透能力就大大下降了。然而对于由苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物经磺化制备的聚合性阳离子交换膜而言，钙离子相对钠离子的选择透过能力随着交联剂（二乙烯基苯）用量的增加只是略有降低；这是由于随着二乙烯基苯含量的增加而降低的钙离子和钠离子在膜相中的迁移率之比被随之增加的离子间平衡常数抵消了。而在缩聚型离子交换膜中，随着酚含量的增加钙离子和钠离子的离子交换平衡常数和钙离子相对钠离子的迁移率之比均在减小。因此在高交联度的离子交换膜中，需要保持钙离子和钠离子的离子交换平衡常数不变或降低。