[發明專利]雙極膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310280299.6
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103396574A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 羅承毅;李亮;印顯東
• 申請（專利權）人: 重慶泰克環保工程設備有限公司
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08L5/04;C08L29/04;C08L33/24;C08J3/24;B01D67/00;B01D71/08;B01D71/38;B01D71/40
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 孫人鵬

技術領域

本發明屬于固體電解質材料領域，具體的說，涉及一種雙極膜的制備方法。

背景技術

雙極膜（BPM）通常是由陰離子交換層、陽離子交換層復合而成，是真正意義上的反應膜。在直流電場作用下，雙極膜可以將其中間層中的水解離，在陽膜和陰膜兩側分別得到氫離子和氫氧根離子。近年來，BPM技術及其應用取得了迅速的發展，在有機酸、堿的制備和回收、環境治理方面均有廣泛的應用。如何促進雙極膜中間界面層水解離，提高水解離效率，從而降低雙極膜電阻壓降和槽電壓已經成為當前雙極膜研究的熱點。

作為雙極膜研究比較熱門的電解質基底材料—固體聚合物電解質（SPE），又稱離子導體聚合物，是由高分子主體物和金屬鹽兩部分復合而成，是近幾年迅速發展起來的一種新型固體電解質材料。自70年代首次發現聚氧乙烯（PEO）與堿金屬鹽絡合物具有離子導電性，1979年研究并得出了PEO的堿金屬鹽絡合物在40-60℃時離子傳導率達10^-5S/cm后，人們致力于提高聚合物電解質性能的研究，并將其廣泛應用于空間技術、電子、光電學、傳感器等方面。

而目前研究得最為廣泛的聚合物電解質基底材料主要有PMMA，PAN,PVdF和PEO，但機械性能和電化學性能很難達到實用的要求，膜阻抗大、水解離效率低、離子滲透性能差。

現有技術的缺點：雙極膜阻抗大、離子傳輸效率小、水解離效率低。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明的目的在于提供一種膜阻抗小、離子傳輸效率高、水解離效率高的雙極膜的制備方法。

海藻酸鈉（SA）具有優良的生物降解性，是一種環境友好高分子材料。實驗室對海藻酸鈉進行改性后作為雙極膜陽膜層材料，實驗表明，改性后海藻酸鈉膜具有良好的機械性能和電化學性能。

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）是丙烯酰胺烷基磺酸衍生物，其結構式如圖1所示，分子中的強陰離子性、水溶性的磺酸基團使其具有導電性和親水性，同時賦予了其聚合物的導電性好、親水性高的特性。本發明用水溶液聚合法合成了聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸鋰）（PAMPSLi），與SA共混后采用流延法制備了PAMPSLi-mSA/mCS雙極膜。2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）結構式如下所示：

而本發明目的是這樣實現的：一種雙極膜的制備方法，其關鍵在于包括以下步驟：

（1）PAMPSLi膜液的制備：將海藻酸鈉溶液（SA）與聚乙烯醇（PVA）共混制得PVA-SA溶膠，將PAMPSLi加入到所述PVA-SA溶膠中，攪拌均勻，減壓脫泡，得到粘稠的PAMPSLi膜液，其中加入的所述海藻酸鈉、聚乙烯醇和PAMPSLi的物質的量之比為1:1:1；

（2）PAMPSLi-SA膜的制備：將所述PAMPSLi膜液流延于平整的培養皿中，在室溫下風干成膜，然后將所述風干的膜于氯化鐵溶液中浸泡交聯30min，再用蒸餾水沖洗干凈，自然風干，得到PAMPSLi-SA膜；

（3）PAMPSLi-SA/mCS雙極膜的制備：向殼聚糖乙酸水溶液中邊攪拌邊緩慢滴加戊二醛溶液，同時減壓脫泡，直至出現粘稠液為止，并將該粘稠液流延于所述PAMPSLi-SA膜上，在室溫下風干，制得PAMPSLi-SA/mCS雙極膜。

上述PAMPSLi的質量分數為2%-4%。

上述海藻酸鈉溶液的質量分數為3%；所述聚乙烯醇的質量分數為6%；所述氯化鐵溶液的質量分數為8.0%；所述殼聚糖乙酸水溶液的質量分數為3%；所述戊二醛溶液的體積分數為0.25%。

上述質量分數為3%的殼聚糖乙酸溶液為殼聚糖（CS）溶解于質量分數為2%的乙酸水溶液配制得到。

有益效果：

本發明一種雙極膜的制備方法，操作簡單方便，制備得到的雙極膜具有膜阻抗小、工作電壓低、工作電流密度大、水解離效率高、離子滲透率高等特點。

附圖說明

圖1為PAMPSLi-SA/mCS雙極膜的截面形貌圖；

圖2為雙極膜在酸溶液中溶脹度的曲線圖；

圖3為不同膜的H⁺滲透性能的曲線圖；

圖4為雙極膜的電流-電壓曲線圖。

具體實施方式

實施例：

一、雙極膜的制備：