[發(fā)明專利]以超支化聚合物為中間界面層的雙極膜及其制備方法無(wú)效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 200710025548.1 | 申請(qǐng)日： | 2007-08-02 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN101138707A | 公開（公告）日： | 2008-03-12 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 徐銅文;薛艷紅;楊偉華 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | B01D69/12 | 分類號(hào)： | B01D69/12;C08J5/22 |
| 代理公司： | 合肥金安專利事務(wù)所 | 代理人： | 金惠貞 |
| 地址： | 230026*** | 國(guó)省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 超支 聚合物 中間 界面 雙極膜 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雙極膜制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以超支化聚合物為中間界面層的低水解離電壓的雙極膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
雙極膜是一種新型的離子交換復(fù)合膜，它通常包括陰離子選擇層、陽(yáng)離子選擇層以及介于這兩膜層之間的中間界面層。雙極膜在反向偏壓電場(chǎng)的作用下能夠高效地將水解離成氫離子和氫氧根離子，從而能夠?qū)⑺芤褐械柠}轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的酸和堿。基于雙極膜的電滲析具有簡(jiǎn)單、高效、節(jié)能、清潔等優(yōu)點(diǎn)，在控制污染、回收資源以及化工生產(chǎn)過(guò)程特別是有機(jī)酸的生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用，已成為電滲析工業(yè)中新的增長(zhǎng)點(diǎn)。雙極膜的中間界面層是雙極膜水解離的區(qū)域，對(duì)雙極膜的性能有至關(guān)重要的影響，文獻(xiàn)報(bào)道可通過(guò)改善中間界面層來(lái)制備性能優(yōu)異的雙極膜。例如，英國(guó)愛斯維爾科學(xué)有限公司(Pergamon-Elsevier?Science?LTD)的《電化學(xué)學(xué)報(bào)》(Electrochimica?Acta)第31卷1175-1176頁(yè)報(bào)道了用無(wú)機(jī)電解質(zhì)如鎢酸鈉、硝酸鉻、三氯化釕或硫酸銦等預(yù)處理離子交換膜，然后再?gòu)?fù)合兩相反電性的離子交換膜層制成雙極膜。這種雙極膜中所加入的金屬離子催化了雙極膜的水解離，但是在水解離過(guò)程中金屬離子非常容易損失，致使雙極膜的性能不夠穩(wěn)定，使用壽命很短。據(jù)美國(guó)專利US5227040和荷蘭愛斯維爾科學(xué)出版社(Elsevier?Science?Publisher)的《膜科學(xué)雜志》(Journal?of?Membrane?Science)第78卷13-23頁(yè)報(bào)道，為了解決這個(gè)問題，可以將吸附了金屬離子的離子交換膜先經(jīng)熱堿溶液處理再用來(lái)制備雙極膜，或者將中間界面層吸附有金屬離子的雙極膜用熱堿溶液進(jìn)行后處理。然而這種固定金屬離子的方法以及制備這種雙極膜的方法較為繁瑣，且在使用較長(zhǎng)時(shí)間后膜兩側(cè)的電壓降會(huì)升高，膜性能下降。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00410044997.7公開的一種用樹枝形聚合物作為雙極膜中間界面層的催化物質(zhì)的方法得到的雙極膜性能穩(wěn)定，具有使用壽命長(zhǎng)且制備過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但所得雙極膜兩側(cè)的電壓降依舊不夠低，并且樹枝狀聚合物合成路線復(fù)雜，費(fèi)用較高，使其應(yīng)用范圍受到一定限制。
發(fā)明內(nèi)容：
本發(fā)明提供一種以超支化聚合物為中間界面層的雙極膜及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，使該雙極膜具有低水解離電壓、性能穩(wěn)定且合成簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的以超支化聚合物為中間界面層的雙極膜，包括陰離子交換層、中間界面層和陽(yáng)離子交換層，所述中間界面層由雙極膜陰陽(yáng)膜層界面處陰、陽(yáng)離子交換膜層相對(duì)面的一部分和催化物質(zhì)構(gòu)成；其特征在于：所述催化物質(zhì)為超支化聚合物，且至少在陰離子交換膜層或陽(yáng)離子交換膜層或聚電解質(zhì)糊三者之一上有分布；該超支化聚合物以季戊四醇或三羥甲基丙烷為核單元，以2，2-二羥甲基丙酸為支化單元，且外層端基為羥基或端羥基的改性物，包括胺基、羧基、巰基、羧酸根、磷酸根、季銨基團(tuán)、硫酸根或亞硫酸根，其代數(shù)為2～7代。
本發(fā)明的以超支化聚合物為中間界面層的雙極膜的制備方法，包括將催化物質(zhì)吸附在陰離子或陽(yáng)離子交換層上，然后以在一膜層的一側(cè)表面上流涎電性相反的聚電解質(zhì)糊的方式來(lái)制備雙極膜，或者將兩張電性相反的離子交換層以疊合、粘合或熱壓方式來(lái)制備雙極膜；或?qū)⒋呋镔|(zhì)混合在聚電解質(zhì)糊中，從兩種電性相反的聚電解質(zhì)糊來(lái)制備雙極膜；其特征在于：所采用的催化物質(zhì)是超支化聚合物，且至少在陰離子交換膜層或陽(yáng)離子交換膜層或聚電解質(zhì)糊三者之一上有分布；所述超支化聚合物以季戊四醇或三羥甲基丙烷為核單元，以2，2-二羥甲基丙酸為支化單元，且外層端基為羥基或端羥基的改性物，包括胺基、羧基、巰基、羧酸根、磷酸根、季銨基團(tuán)、硫酸根或亞硫酸根，其代數(shù)為2～7代。
如果是以在一膜層一側(cè)表面上流涎電性相反的聚電解質(zhì)糊的方式來(lái)制備中間界面層含有超支化聚合物的雙極膜，可以將超支化聚合物固定在該膜層上，或者將超支化聚合物加入到聚電解質(zhì)糊中，或者在將超支化聚合物固定在該膜層上的同時(shí)也將超支化聚合物加入到聚電解質(zhì)糊中，然后用通常的流涎方法來(lái)形成雙極膜；將超支化聚合物固定在單極膜上的方式可以采取先將超支化聚合物配制成溶液，然后將單極膜在超支化聚合物的溶液中浸泡一段時(shí)間后取出，超支化聚合物就吸附在單極膜上；或者采用在單極膜上涂超支化聚合物的溶液將超支化聚合物固定在單極膜上。
如果是從兩張電性相反的單極膜來(lái)制備中間界面層含有超支化聚合物的雙極膜，可以將超支化聚合物固定在至少其中一張單極膜上，然后用通常的疊合、粘合或熱壓方法來(lái)形成雙極膜。
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