[其他]离子交换网膜制法及用途

说明书

本发明属于膜分离技术，是一种多功能离子交换网膜。

自从1950年第一张离子交换膜出现后三十七年来，在公知的应用于电渗析装置中的离子交换膜的表面都是光滑平整的。因此在阴阳离子交换膜之间必须配置一块带网格的隔板，才能克服在膜表面易发生极化作用的缺陷。这种由离子交换膜、隔板和电极三个主要部件构成的电渗析装置，其结构较为复杂，而且，使用的隔板是由惰性材料制成的，因而增加了电耗。长期以来，人们渴望着研究出一种简单的并兼有离子交换膜和隔板两种特性的新构件，以简化电渗析装置的结构。但是，新构件难以制造，至今仍未实现。

本发明在于将离子交换膜和隔板两个单独部件所具有的特性有机地结合起来，制造成为同一构件。这种构件我们定名为离子交换网膜。该网膜有阳离子交换网膜（简称为阳网膜）和阴离子交换网膜（简称阴网膜）两种。阳网膜只允许阳离子选择透过，而不允许阴离子选择透过;阴网膜正好相反，它只允许阴离子选择透过，而不允许阳离子选择透过。而且，这类网膜在水力学上能起促进湍流作用。因此，采用本发明离子交换网膜的电渗析装置只需要由离子交换网膜和电极两个主要部件构成。在阴阳网膜之间不需要配置隔板，从而使装置结构简单、组装方便、节省劳力、降低成本。同时，本发明的离子交换网膜除周边以外的有效面积部分全是良导体，具有降低电耗、提高装置性能的良好效果。

本发明所制成的离子交换网膜应包括周边和中间两部分。周边要求表面光滑平整，具有绝缘性和稍带弹性并开有通水孔与布水道，同时具有足够的机械强度，在承受外加压力的情况下不破裂，有密封不渗漏的功能。中间是有效面积部分，表面不光滑、不平整、呈现凹凸不平状、无针孔。其中凹陷部分是薄膜区，凸起部分可以呈星点状、针状和网络。不管是凹陷部分，还是凸起部分，都带有离子交换基。例如，阳网膜带有磺酸基、磷酸基或羧酸基，阴网膜带有季铵基或混合胺基。它们具有离子交换、离子选择透过、电再生和电传导的特性。那些凸起的网络还可以增加网膜强度和维持尺寸稳定，以及当液体流过网膜表面时具有促进水力学湍流的功能。

本发明离子交换网膜的制造方法，可采用一些市售的能导入活性基团的高分子材料，例如兰州化学工业公司的丁二烯和苯乙烯共聚物，丙烯腈和苯乙烯共聚物，丁二烯和丙烯腈与苯乙烯共聚物等。也可以利用合成共聚物，例如，聚乙烯和苯乙烯与二乙烯基苯共聚物、聚乙烯和乙烯基吡啶与二乙烯基苯共聚物、聚乙烯辐照接枝苯乙烯共聚物、聚乙烯和丙烯腈与苯乙烯和二乙烯基苯共聚物、聚乙烯和丙烯腈和氯甲基苯乙烯与二乙烯基苯共聚物、聚乙烯和丙烯酸酯和苯乙烯与二乙烯基苯共聚物、乙丙橡胶和苯乙烯与二乙烯基苯共聚物，还有其他诸如聚氯乙烯、聚偏氟乙烯和苯乙烯与二乙烯基苯共聚物等，还可用苯酚磺酸盐或苯酚和甲醛的缩聚物等。在合成共聚物时，引发剂可采用过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯和偶氮二异丁腈等。交联剂用二乙烯基苯、硫磺或甲醛。对于市售的无交联结构的共聚物，在加工成型过程中可加入环化剂或交联剂以使其产生交联结构。所用的环化剂有：稀硫酸或三氟化硼、三氯化硼、四氯化锡、四氯化钛、五氯化铅、五氯化磷、三氯化铅等金属卤化物或它们的乙醚化合物。

本发明对共聚物组成的要求如下：能导入活性基团的单体量应占共聚物总重量的10-60%，引发剂用量为单体重量的〈＆＆〉，交联剂或环化剂用量为单体重量的1-20%，共聚合反应温度控制在50-100℃之间，反应时间为2-12小时，然后进行固化，其温度为60-120℃，时间为1-24小时。

所采用市售的或合成的共聚物，要求能够可塑性加工成型。将其加热在温度80-300℃之间熔融塑化，然后用模具模压或挤出成型，制成基网膜。然后将基网膜用磺化的方法或氯甲基化和胺化方法导入离子交换基团，分别制成阳网膜和阴网膜。

上述离子交换网膜可以一次加工成型，两次加工成型，甚至多次加工成型来制成。为了提高网膜的强度并保证尺寸稳定性，还可以通过加入纤维织物来增强。要求制成离子交换网膜之后的熔胀性小，其厚度可控制在0.2-2.0毫米之间。

上述基网膜的磺化反应或氯甲基化和胺化反应可控制在局部区域或整张基网膜中进行。当整张网膜进行化学处理时，则要求周边用硅橡胶或其他材料处理，例如，涂一薄层硅橡胶或压一层很薄的聚烯烃膜（如聚乙烯薄膜等），以保证离子交换网膜周边表面具有绝缘性能。

采用本发明离子交换网膜构件，将使组装成的电渗析装置结构和性能有显著的改进，并能明显提高功效，适用于分离、脱盐、浓缩和提纯等方面。

附图说明