[发明专利]一种阴离子交换膜及其无溶剂化制备方法

说明书

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种阴离子交换膜及其无溶剂化制备方法，其是将高分子增强剂、聚合单体、引发剂和功能剂混合得到铸膜液，之后经涂膜、加热聚合得到所述阴离子交换膜。本发明加入的功能剂能同时与高分子增强剂和聚合单体在温和条件下分别进行内酰胺化和亲核取代反应，从而同步实现对所制备阴离子交换膜的交联和荷正电改性。因此，本发明所提供的阴离子交换膜的无溶剂化制备方法不仅过程简单，而且无需使用任何有机溶剂，具有显著的经济和环境效益。同时，所制备的阴离子交换膜物化性能良好，稳定性强，具备大规模应用的前景。

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种阴离子交换膜及其无溶剂化制备方法。

背景技术

阴离子交换膜是一类含有荷正电的阴离子交换基团、对阴离子具有选择透过性的高分子聚合物膜。它具有非常广泛的应用，在氯碱工业、水处理工业、重金属回收、湿法冶金、电化学工业、液流储能电池、碱性燃料电池和新型超级电容器等领域都起到举足轻重的作用。

现有技术在制备阴离子交换膜时一般采用两种方法：（1）将聚合物溶解在有机溶剂中，进行改性后去除有机溶剂得到阴离子交换膜；（2）将单体溶解在有机溶剂中，进行聚合和改性处理，再去除有机溶剂后得到阴离子交换膜。

申请号为201911199810.3的中国专利公开了一种阴离子交换膜制备方法，其将聚氯乙烯溶解于有机溶剂中（选自N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的任何一种），将所得铸膜液在增强网格布上涂膜，加热去除有机溶剂后得到基膜，再将基膜浸泡在1-乙烯基咪唑和引发剂的混合溶液中进行吸浸，经高温聚合得到聚氯乙烯基阴离子交换膜。

申请号为201910353007.4的中国专利公开了一种阴离子交换膜的制备方法，其将聚酮树脂溶解在有机溶剂中（选自二氯甲烷、六氟异丙醇、三氟乙酸或间甲酚中的至少一种）并进行反应得到铸膜液，经浇铸并去除有机溶剂后形成基膜，再进行季铵化处理得到聚酮基阴离子交换膜。

申请号为201810953119.9的中国专利公开了一种阴离子交换膜的制备方法，其将聚合物溶解在有机溶剂（氯代烷烃）中进行氯甲基化和胺化处理，去除有机溶剂后得到改性聚合物，再将其与未改性聚合物混合溶解在有机溶剂（氯代烷烃）中得到聚合物共混溶液，将其在基体上流涎并去除有机溶剂，最终得到非交联型阴离子交换膜。

申请号为201310749454.4的中国专利公开了一种阴离子交换膜的制备方法，其将甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯两种单体与交联剂、引发剂和有机溶剂（N-甲基吡咯烷酮和异丙醇）混合调配成均匀膜液；将无纺布作为基材浸没入膜液中，含浸充分后取出，热聚合并去除有机溶剂后得到阴离子交换膜

然而，以上述方法为代表的现有技术在制备阴离子交换膜时不仅过程繁琐，而且都需要使用大量有机溶剂作为反应介质。而有机溶剂的使用不仅增加了制膜成本，其排放也造成了严重的环境污染。因此，开发一种无溶剂化的方法制备阴离子交换膜显得非常重要。

申请号为201110057825.3的中国专利公开了一种阴离子交换膜的无溶剂化制备方法，其将酚酞基聚醚酮作为高分子增强剂溶解在氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯的聚合单体混合溶液中，再加入引发剂过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈形成铸膜液，将其涂覆在增强织物上，热引发聚合形成基膜后将其浸泡在三甲胺水溶液中得到阴离子交换膜。尽管膜的制备过程中避免了有机溶剂的使用，但是，氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯聚合形成的共聚物与酚酞基聚醚酮作为基膜的两个主要成分，相互之间仅是简单的物理共混而不存在化学键交联，在成膜后存在严重的相分离，从而降低了所制备的阴离子交换膜的稳定性。

申请号为201210056988.4的中国专利报道了一种无溶剂化制备阴离子交换膜的方法，它在申请号为201110057825.3的中国专利公开的方法的基础上，加入可与作为高分子增强剂的酚酞基聚醚酮或酚酞基聚醚砜及氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯聚合形成的共聚物同时发生反应的交联剂，从而在两者之间引入化学键，有效减弱了两者之间的相分离，从而制备出一种稳定性更好的阴离子交换膜。