[发明专利]一种用于扩散渗析的多孔交联阴离子交换膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于扩散渗析的多孔交联阴离子交换膜的制备方法，其是将氯甲基化聚醚砜溶解在有机溶剂中形成铸膜液后在基体上涂膜，之后进行相转化法制得多孔基膜，再将该多孔基膜浸泡在五甲基二乙烯三胺溶液中进行同步交联和季铵化改性，从而制得适用于扩散渗析的多孔交联阴离子交换膜。本发明基于多孔膜特殊的微观结构，尤其是其内部疏孔结构内充足的自由空间，极大提高了离子的传输速率，同时利用五甲基二乙烯三胺所含三个叔胺基团实现对多孔基膜的同步交联和季铵化改性，从而制备得到兼具高酸渗析系数和高酸/盐分离因子的多孔交联阴离子交换膜，满足扩散渗析使用的要求。

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种用于扩散渗析的多孔交联阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

扩散渗析是目前公认的最有经济前景的废酸回收方法。阴离子交换膜是扩散渗析的核心组件，其性能直接决定扩散渗析酸回收过程的效果，具体地，膜的酸渗析系数（U_酸）和酸/盐分离因子（S_酸/盐）分别决定扩散渗析过程回收酸的速度和纯度。到目前为止，用于扩散渗析的阴离子交换膜的性能都不够理想，主要是其酸渗析系数和酸/盐分离因子不佳。以目前已在国内实现广泛商业化应用的TWDD系列扩散渗析器为例，其生产效率较低，每平方米每天的处理量仅为11.3L。这主要是由于其负载的商品DF-120阴离子交换膜的酸渗析系数较低所致，具体地，在25℃时，采用DF-120膜对HCl（浓度为1.0 mol/L）/ FeCl₂（浓度为0.2mol/L）的混合废酸模拟溶液进行扩散渗析酸回收时，其酸渗析系数仅为8.5×10^-3 m/h，同时其酸/盐分离因子仅为18.5。因此，制备一种同时具有高酸渗析系数和高酸/盐分离因子的阴离子交换膜用于扩散渗析，对推进我国废酸资源化利用产业的发展具有重要的意义。

荷兰《膜科学杂志》（Journal of Membrane Science，2010，347，240–249）公开了一种用于扩散渗析的阴离子交换膜的制备方法，其首先将溴化聚苯醚（BPPO）薄膜剪成碎片后浸泡在60℃的1mol/L的KOH水溶液中24h，得到羟基化的BPPO，再将其溶解在氯仿和N, N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合溶液中形成均匀溶液，加入三甲胺（TMA）的乙醇溶液并在室温进行季铵化改性8h，再加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷（EPH）、四乙氧基硅烷（TEOS）和水，40℃进行溶胶-凝胶反应24h，将所得铸膜液在聚四氟乙烯板上刮膜，最后在130℃加热去除溶剂，从而得到致密阴离子交换膜。扩散渗析实验结果表明，采用该致密阴离子交换膜在25℃时对HCl（浓度为1.0 mol/L）/ FeCl₂（浓度为0.2 mol/L）的混合废酸模拟溶液进行酸回收时，膜的酸渗析系数为5.0×10^-3~11.0×10^-3 m/h，酸/盐分离因子为17.0~23.0。

荷兰《膜科学杂志》（Journal of Membrane Science，2015，490，29–37）公开了一种用于扩散渗析的阴离子交换膜的制备方法，其首先将4, 4'-二(4-氨基苯氧基)联苯（BABP）和缩水甘油基三甲基氯化铵（EPTAC）在二甲基亚砜（DMSO）中85℃反应过夜，之后将反应液倒入低温丙酮中，过滤清洗得到季铵化的BABP（QBABP），之后将其与聚乙烯醇（PVA）和四乙氧基硅烷（TEOS）一起溶解在DMSO中，搅拌均匀后在60℃进行溶胶-凝胶反应过夜，得到铸膜液并在培养皿中涂膜，加热去除DMSO后得到致密阴离子交换膜。扩散渗析实验结果表明，采用该致密阴离子交换膜在25℃时对HCl（浓度为1.0 mol/L）/ FeCl₂（浓度为0.2mol/L）的混合废酸模拟溶液进行酸回收，膜的酸渗析系数为17.2×10^-3~25.2×10^-3 m/h，酸/盐分离因子为14.0~21.0。