[發(fā)明專利]一種帶聚多巴胺層的離子交換膜制備方法及其設備

有效

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• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105709607B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 沈江南;趙嚴;董祥;柳慧敏;湯愷妮
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 王兵,黃美娟

技術領域

本發(fā)明涉及一種帶聚多巴胺層的離子交換膜制備方法及其設備。

背景技術

隨著工業(yè)技術的發(fā)展，離子交換膜工藝在海水和苦咸水、污水處理、化工行業(yè)、食品和制藥行業(yè)、海水淡化等成功應用，使得離子交換膜在當今的發(fā)展中起著越來越重要的角色。離子交換膜在許多領域中得到應用，例如電滲析、透析、反電滲析、膜電解、燃料電池等。電滲析是一種從含水溶液體系中用以分離無機鹽、淡化水和處理廢水的電化學分離技術，其在電勢梯度作為驅(qū)動力下從溶液中選擇性分離離子的和恢復施加的電膜過程。在電驅(qū)動過程中，離子在電場的作用下經(jīng)過離子交換膜從淡室遷向濃室。由于離子交換膜的高的離子選擇性，其收到越來越多的關注和研究。對于離子交換膜，已經(jīng)成為當前研究的一種熱門的高性能膜材料，由中國膜工業(yè)協(xié)會編制的《中國膜行業(yè)“十三五”戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃》中提到，國家將把膜產(chǎn)業(yè)定位為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)結構，促進產(chǎn)業(yè)升級，其中高性能膜材料相關制備技術是新型高效分離技術的核心，離子交換膜技術研究已經(jīng)成為解決水資源、能源、環(huán)境等領域的重大問題的重要方法，在促進我國國民經(jīng)濟發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)技術進步與增強國際競爭力等方面發(fā)揮著重要作用。在電驅(qū)動膜分離過程中，膜的抗污染性能是評估離子交換膜重要的要素，也是離子交換膜在運用中不可忽視的難題。

為了解決由膜被污染帶來的問題，大量的抗污染性物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)以及應用。多巴胺在氧氣接觸中能夠性能聚多巴胺層，其具有優(yōu)異的抗污染性能成為當前解決膜被污染的熱門物質(zhì)。多巴胺曾發(fā)現(xiàn)于腦內(nèi)，并經(jīng)證實在腦內(nèi)幫助細胞傳送神經(jīng)遞質(zhì)，與諸多人類情緒有關，后發(fā)現(xiàn)于海洋貽貝的分泌物中，具有很強生物粘性。正是由于這種物質(zhì)的存在，使自然界中的生物粘合現(xiàn)象在水溶液條件下,它能在有氧環(huán)境下下發(fā)生自聚反應,形成強力附著于幾乎所有固體材料表面的聚多巴胺薄層，并且不易脫落。膜材料是膜技術的核心，在此基礎上,近年來膜技術研究人員通過多巴胺在基膜上的自聚反應,對膜進行表面改性,并在多巴胺層上進一步修飾，實現(xiàn)膜功能的改良與優(yōu)化。在膜改性過程中，如何將多巴胺均勻、快速聚沉到膜表面，并且方便進一步的改性過程的順利實施成為不可忽略的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對目前的離子交換膜表面的修飾時附著物容易脫落、厚度不均一的問題，提出了一種不易脫落、附著效果好并且厚度均一、條件溫和的帶聚多巴胺層的離子交換膜制備方法及其設備。

本發(fā)明所述的一種帶聚多巴胺層的離子交換膜制備方法，包括如下步驟：

1)安裝待改性離子交換膜：將待改性的陰離子交換膜或陽離子交換膜安裝在料液室兩側的通孔處，保持離子交換膜的內(nèi)側面與料液室內(nèi)腔連通；

2)配置多巴胺溶液：將多巴胺溶于pH為8.5的濃度為10mmol/L的Tris-HCl溶液中配成多巴胺溶液，其中所述的多巴胺與所述的Tris-HCl溶液的質(zhì)量體積比為20：1；

3)制備聚多巴胺層：將100mL多巴胺溶液加入料液室后攪拌，在22℃條件下反應3-4h，反應同時始終在待改性的離子交換膜外側布氣，保持離子交換膜的外側面始終存在均勻連續(xù)的氣模，使得離子交換膜的表面形成均勻的聚多巴胺層，其中攪拌速度為100-150r/min；通氣速度為6-10m/s；

4)清洗去雜：沉積反應結束后，迅速倒掉多巴胺溶液，并倒入去離子水，去除聚多巴胺層表面的雜質(zhì)以及殘留的未反應的多巴胺溶液，調(diào)高攪拌器轉速，為300-400r/min；

5)制備帶聚多巴胺層的改性離子交換膜：停止震蕩，取下改性后的離子交換膜，室溫下置于純水中浸泡保存，即可得帶聚多巴胺層的改性離子交換膜。

步驟3)的攪拌速度為100r/min。

步驟3)的反應溫度為22℃。

根據(jù)本發(fā)明所述的制備方法構建的設備，其特征在于：包括第一通氣室、料液室、第二通氣室、電動攪拌器和輸氣泵，所述的第一通氣室、料液室和第二通氣室通過長螺桿固接形成密封的三室結構，其中所述的料液室夾在所述的第一通氣室和所述的第二通氣室之間；所述的料液室的兩側面設有與料液室內(nèi)腔連通的通孔，所述的通孔處安裝離子交換膜；所述的第一通氣室的內(nèi)側面和所述的第二通氣室的內(nèi)側面分別設有與料液室同側面通孔對應的通氣孔，所述的第一通氣室的進氣口、所述的第二通氣室的進氣口分別與所述的輸氣泵的出氣口管路連通；所述的電動攪拌器的攪拌槳伸入所述的料液室的內(nèi)腔。

所述的通孔邊緣配有用于密封的第一橡膠圈，通孔周向的凹槽內(nèi)配有用于密封的第二橡膠圈。

所述的第一通氣室頂部設有與第一通氣室連通的第一排氣口。

所述的第二通氣室頂部設有與第二通氣室連通的第二排氣口。