[发明专利]一种半均相双极膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种半均相双极膜的制备方法，步骤为：1）聚乙烯和聚异丁烯熔融共混挤出造粒，颗粒含浸苯乙烯和二乙烯基苯后，与聚乙烯醇聚合反应，即可制得可塑性树脂粉；2）可塑性树脂粉经磺化得到半均相阳树脂，可塑性树脂粉经氯甲基化后、再经季铵化得到半均相阴树脂；3）将可塑性阴/阳树脂分别与离子交换树脂粉、聚乙烯粉末、钛白粉末均匀混合，依次经密炼机熔融共混、两辊开炼机出片，分别得到单张的阳/阴树脂膜片；5）阳/阴树脂膜片贴合在一起，并覆盖增强网布，经热压机压制得到半均相双极膜。本发明方法制备出的半均相双极膜，其水解离性能大大优于常规异相双极膜，同时，又保持了异相双极膜的较低生产成本、优异的机械性能的特点。

技术领域

本发明属于双极膜制备技术领域，特别涉及一种半均相双极膜的制备方法。

背景技术

双极膜是一种特殊的离子交换膜，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合制成的。双极膜在直流电场的作用下，能将中间层的水分子解离成H+和OH^-，从而生成与盐离子对应的酸和碱。近年来双极膜被广泛应用于环境污染治理、酸碱制备、医药工业、海水淡化等领域，为改变传统工业分离和制备贡献了巨大力量。

现有的双极膜的制备方法一般有如下几种：（1）热压法，将干燥的阳膜、阴膜层叠放在覆盖聚四氟乙烯薄膜的不锈钢板中，排除气泡，加热加压制得双极膜；（2）黏合法，将内侧涂覆有黏合剂的阳膜、阴膜叠合，排除气泡、液泡，干燥制得双极膜；（3）流延法，在阴膜上覆盖一层含有阳离子交换树脂的聚合物溶液，或者在阳膜上覆盖一层含有阴离子交换树脂的聚合物溶液，干燥后制得双极膜；（4）含浸法，用化学方法在基膜的两侧分别引入阴、阳离子交换基团，从而制得单片型双极膜；（5）静电纺丝法，将阳膜、阴膜的原料配制成纺丝溶液，通过静电纺丝技术将阳膜、阴膜复合，得到双极膜；（6）电沉积法，将离子交换膜组装在电解槽中，在直流现场的作用下，电解液里悬浮的带有相反电荷的离子交换树脂沉积在膜的表面，进而形成双极膜。其中以热压发最为简单实用，更容易工业化推广。

中国专利CN111111794A公开了一种异相双极膜的制备方法，该方法通过无网布黏合的设计，使阴阳膜压合紧密、不易剥离，但该方法制备的双极膜由于异相膜本身固有电阻高、水解离电压高、透水较为严重等问题而很难得到广泛应用。中国专利CN109876678A公开了一种双极性膜及制备方法，该方法通过含浸、聚合、磺化及季铵化四步反应制得双极膜，简化了制备工艺、避免有毒的甲基化过程，且具备与其他双极膜相当的交换容量及跨膜电压，但该专利并未明确表明通过此方法制得的双极膜的水解离效率及其膜面电阻。中国专利CN110756055A公开了一种通过超声喷涂制备双极膜的方法，该方法利用超声喷涂技术将中间界面层物质喷涂到阳离子交换膜表面，然后喷涂阴离子交换膜从而得到双极膜。该方法制备的双极膜虽然中间界面层超亲水且膜阻抗小、热稳定好，但制备工艺复杂、生产成本高昂。

目前，双极膜的研究重点在于如何在有效提高水解离效率、降低跨膜电压的同时，降低生产成本，提高机械和化学热稳定性。因此，针对现有技术的不足，我们提出一种生产成本低廉、且具有良好机械强度、稳定性的半均相双极膜的制备方法。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种新型的双极膜的制备方法，旨在降低膜制备成本、优化膜水解离性能、提高双极膜的机械性能。

所述的一种半均相双极膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将聚乙烯和聚异丁烯熔融共混，然后挤出造粒，所得颗粒含浸在由苯乙烯、二乙烯基苯和引发剂组成的混合单体溶液中，含浸结束后，将颗粒取出并甩干，然后投入至聚乙烯醇的水溶液中进行聚合反应，聚合反应结束后，过滤、干燥，制得可塑性树脂粉；

2）步骤1）所得可塑性树脂粉经磺化得到半均相阳树脂；步骤1）所得可塑性树脂粉经氯甲基化后，再经季铵化得到半均相阴树脂；