[發明專利]一種用于堿回收的擴散滲析膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210428400.3
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN102908915A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 徐銅文;郝建文
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01D71/70
• 分類號: B01D71/70;B01D69/12;B01D67/00
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 馬佑平

技術領域

本發明屬于膜技術領域，具體涉及通過溶膠-凝膠法制備面向擴散滲析回收堿用有機-無機雜化陽離子交換膜及其制備方法和應用。

背景技術

含堿廢水廣泛存在于造紙，印刷，鎢，鋁礦冶煉等各種工業過程。傳統處理過程普遍存在耗酸多，耗能多等缺點。擴散滲析是一種基于濃度差為推動力的膜分離過程，過程簡單，耗能低，在工業上已經得到廣泛的應用。目前商用擴散滲析回收堿用陽離子交換膜比較匱乏，制約了擴散滲析在堿回收的方面的應用。

《膜科學雜志》（Journal?of?Membrane?Science,60(2010)315-322）報道了聚乙烯醇（PVA）和全氟磺酸共混，然后，添加無機納米二氧化硅粉體，通過浸漬在聚丙烯晴的支撐體，得到陽離子交換膜。該方法制備的陽離子交換膜雖然方法簡單，但無機組分和支撐體之間缺乏共價鍵交聯，容易脫落。

《膜科學雜志》（Journal?of?Membrane?Science,376(2011)233-240報道了先對聚乙烯醇（PVA）進行磺化，再和磺化聚醚醚酮進行共混，熱處理后得到陽離子交換膜。該方法制備的陽離子交換膜的離子交換容量較高，但膜內PVA鏈之間缺乏共價鍵交聯，穩定性不足。

中國專利申請號03131571.2公布的一種有機-無機雜化陽離子交換膜的制備方法，利用分子鏈中含巰基的烷氧基硅烷為原料，制備成溶膠在無機基體上涂膜，熱處理后對巰基進行氧化。該方法膜中無機-有機成分相容性好，但由于采用了無機基體作支撐體，且需要成膜后氧化才能得到離子交換基團，膜的荷電量不高，缺乏柔韌性，限制了膜在擴散滲析、電滲析等領域的應用。

中國專利申請CN201210057066.5公布了一種制備含有-SO3Na基團的有機-無機雜化陽離子交換膜。將含有離子交換基團的單體和烷氧基硅烷單體共聚，進而旋轉蒸發濃縮，然后和PVA溶膠-凝膠反應，熱處理后成膜。該膜在擴散滲析回收堿領域雖然有應用前景，但由于該制備過程需要先是步驟繁瑣，耗時高；其次，該制備過程中使用二甲基甲酰胺（DMF）作為溶劑，價格昂貴，毒性大，污染環境。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺陷，如膜內缺乏共價鍵交聯、膜的穩定性不足、制備步驟繁瑣、耗費大量有機溶劑、污染大等問題。

有鑒于此，本發明的目的是提供一種用于堿回收的擴散滲析膜。

本發明的另一目的是提供一種制備上述擴散滲析膜的方法。

本發明的還一目的是提供上述擴散滲析膜在廢堿回收、濕法冶金、金屬電解和加工等領域中的應用。

為了實現本發明的目的，本發明提供的技術方案如下：

一種用于堿回收的擴散滲析膜，由有機相和無機相組成，所述有機相為聚乙烯醇(PVA)，所述無機相為硅醇和烷氧基硅烷的混合物；該離子交換膜的水含量為38-105%，離子交換能力為0.30-2.10mmol/g，堿滲析系數為0.010-0.025m/h，分離因子為11.3-33.5。

優選的，所述聚乙烯醇（PVA）的分子量為800-5000。

優選的，所述烷氧基硅烷的化學式表示為[R]_4-qSi（R3）_q，其中R3表示含1－15個碳的烷氧基，R表示為1－7個碳的烷基或芳基，q的值為1，2，3或4。

優選的，所述硅醇為3-(三羥基硅基)-丙烷磺酸。

一種制備上述擴散滲析膜的方法，其包括如下步驟：

（1）PVA的溶解：

將聚乙烯醇(PVA)溶解在水中形成質量濃度為2％-8％的溶液，控制PVA溶液的溫度范圍為35-60℃；

（2）膜液的制備：

按比例向步驟（1）制備的PVA溶液中加入烷氧基硅烷，磁力攪拌后，再加入一定比例的離子交換基團的硅醇和催化劑，升溫至60-80℃后，繼續攪拌得到均一的膜液；

（3）熱處理成膜：

將步驟（2）制得的膜液涂敷在基體上，在室溫環境下使涂膜液在基體上干燥至形成均勻穩定的凝膠層即膜片，然后對膜片進行熱處理，即可得到所述的有機-無機雜化陽離子交換擴散滲析膜。

優選的，步驟（2）中，所述聚乙烯醇與烷氧基硅烷、硅醇的質量比為1：0.1–0.5：0.1–1；所述的硅醇與催化劑比例的質量比為1：0.01–0.1；

優選的，所述催化劑為氨水、甲酸鈉、乙酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀；

優選的，所述基體為玻璃板、鋁箔、聚四氟乙烯板、聚氯乙烯板、多孔陶瓷片或無紡布；

優選的，所述涂膜的方法為刮膜、流涎或涂覆；