[发明专利]一种应用于工业硫酸钠电解的阳离子交换膜制备方法

说明书

一种应用于工业硫酸钠电解的阳离子交换膜制备方法，阳离子交换复合膜包括基底层和纳米纤维修饰层，基底层为聚四氟乙烯，纳米纤维修饰层为烷基化壳聚糖‑聚乙烯醇‑木质素树脂纳米纤维膜，通过静电纺丝将修饰层材料静电纺在基底层的聚四氟乙烯上，后续经过干燥、热压固化、酸处理得到阳离子交换膜。与现有的阳离子交换膜相比，本发明的阳离子交换膜具有原料来源丰富、制备工艺简单、离子选择性高、膜成本低等特点。

技术领域

本发明涉及离子交换膜领域，尤其涉及一种应用于工业硫酸钠电解的阳离子交换膜制备方法。

背景技术

在造纸、冶金、烟气脱硫等工业领域会产生大量含有硫酸钠的废水，绿色、高效的管理和利用硫酸钠废水对于提高企业经济效益、减少环境污染等具有重要作用。目前硫酸钠工业废水的处理方法主要包括蒸馏法、洗涤烘干法、电渗析法、电解法等。硫酸钠电解能够同时生产硫酸和氢氧化钠，因此适用于工业生产过程中副产硫酸钠废液的领域，具有重要的应用场景。

离子膜电解技术是电化学工艺中重要的一部分，是在电隔膜分离过程和隔膜电解工艺的理念下，以在离子交换树脂的基础上发展起来的膜渗析技术为前提，结合电解技术，在具有传统电渗析分离提纯的作用的同时，还可以发生一系列的电化学的水处理技术。离子交换膜一般是在膜上可发生离子交换反应的基团，因此可以选择性地通过不同类型的阴阳离子。由于离子交换膜具有独特的离子交换性能，是电渗析、扩散渗析、燃料电池等过程中的关键组件，在环境保护、清洁生产、能源转化等领域具有重要应用。

阳离子交换膜是对阳离子有选择作用的膜，通常是磺酸型的，带有固定基团和可解离的离子。阳离子交换膜中的离子交换基团一般是带酸性的，其本身带有负电荷的固定离子可以形成强烈的负电场，从而使得膜只允许阳离子通过而阻止阴离子通过。

目前报道中开展了静电纺丝法制备阳离子交换膜，或开展了硫酸钠工艺废水的电解，但在所选用的离子交换膜均为商业阳离子交换膜，离子交换膜的成本较高且对硫酸钠电解的电化学性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种应用于工业硫酸钠电解的阳离子交换膜制备方法，材料来源广泛、制备工艺简单、环境友好、分离性能显著、使用寿命长。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于工业硫酸钠电解的阳离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚四氟乙烯薄膜固定于静电纺丝仪的收集器上；

2)配制烷基化壳聚糖溶液，将聚乙烯醇水溶液和木质素树脂水溶液中的一种或两种加入到烷基化壳聚糖溶液中，得到混合纺丝液；

3)调控静电纺丝仪的参数得到复合膜，将所获得的复合膜置于真空环境中干燥；

4)将干燥后的复合膜置于热压机中热压，冷却后取出；

5)将热压冷却后的复合膜用酸进行处理，烘干即得阳离子交换膜。

步骤1)中，聚四氟乙烯薄膜的分子量为5000～20000，聚四氟乙烯的质量含量50％～90％。

步骤2)中，所述烷基化壳聚糖溶液所采用的溶剂为乙酸、三氟乙酸、乙二酸中的一种或多种。

步骤2)中，所述烷基化壳聚糖溶液中烷基化壳聚糖的质量百分数为1wt％～10wt％。

所述烷基化壳聚糖采用溴乙烷作为修饰剂，烷基化壳聚糖的取代度为3％～10％；壳聚糖的脱乙酰度为80％～95％，分子量为3000～15000。

步骤2)中，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的聚合度为1700，聚乙烯醇的质量分数为5wt％～20wt％。