[發明專利]一種靜電紡絲法制備雙極膜的方法

有效

• 申請號: 201610557588.X
• 申請日: 2016-07-15
• 公開（公告）號: CN107620160B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 梁杰;王瑞東
• 申請（專利權）人: 北京匯益科技股份有限公司
• 主分類號: D04H13/00
• 分類號: D04H13/00;D04H1/728;B01D69/02;B01D67/00
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司 11294
• 代理人: 王天桂

本發明涉及一種利用靜電紡絲法制備納米纖維雙極膜的方法，采用靜電紡絲技術直接將陽離子納米纖維膜與陰離子納米纖維膜復合而得到雙極膜。所得到的雙極膜具有跨膜電壓低、水解離效率高等突出的特點。

技術領域

本發明屬于雙極膜制備技術領域，特別涉及一種以靜電紡絲技術制備的納米纖維雙極膜。

背景技術

雙極膜是一種新型的離子交換復合膜。雙極膜在反向偏壓電場的作用下能夠有效的將水解離成氫離子和氫氧根離子，從而能夠將水溶液中的鹽轉化為相應的酸和堿。基于雙極膜的電滲析具有簡單、高效、節能、清潔等優點，在控制污染、回收資源以及化工生產特別是有機酸的生產中具有廣闊的應用，已經成為電滲析工業中新的增長點。

雙極膜的發展經歷了三個階段。第一個階段是上世紀50年代中期，雙極膜剛剛開始萌芽與起步階段。研究者們僅僅將陽離子交換膜和陰離子交換膜簡單地壓制在一起形成雙極膜,膜性能差，水解離電壓在10-30V之間，比理論值高幾十倍,不僅能耗高，膜層間結合也不牢固,易脫離。第二個階段為上世紀80年代初至90年代初。研究者們不再局限于通過陰、陽離子交換膜制備雙極膜，而是將目標轉向一體化膜的研究上并成功地制備出單片型雙極膜,這是一個歷史性的進步，但對膜的水解機理研究還不透徹，對膜材料的開發也是在宏觀的層面上。第三個階段為90年代初至今,雙極膜快速發展，此時涌現出大量與雙極膜的制備(包括材料和方法)、水解離機理及應用技術相關的研究和報道，并研制出帶有中間“催化層”的三明治結構，雙極膜的水解離性能大大提高。

目前常見的雙極膜通常由陽離子交換層、陰離子交換層以及介于兩膜層之間的中間界面層組成。中間層是水解離的區域，對于雙極膜的性能影響極大。目前多數研究以及專利的報道都是圍繞如何改善中間層來提高雙極膜的性能展開的。一種常用的催化劑為弱電解質聚合物。例如美國專利4355116和4776161，以及科技期刊《膠體與界面A輯》（Colloidsand Surfaces A）第159卷395—404頁報道了用同時含有叔胺基團和伯胺、仲胺基團的胺化劑制備的陰離子交換膜來制備雙極膜。這種方法制備的雙極膜的中間層含有非季銨基團，能夠促進水解離。但是其催化活性點的數量受到陰離子交換膜基體上可胺化點的限制，使得催化活性點的數量不夠多，跨膜電壓降不夠小。另一種常見的催化劑為金屬離子。《電化學學報》（ElectrochimicaActa）第31卷1175-1176頁報道了用無機電解質預處理離子交換膜，再復合兩相反電性的離子交換膜制成雙極膜的方法。但是在水理解過程中金屬離子容易損失，致使膜的性能不夠穩定，壽命較短。另外還可以使用離子交換樹脂做為催化物質。美國專利4253900以及中國專利99125066.4都對這種方法進行過報道。但都存在活化點較少，跨膜電壓較高的缺點。中國專利公開了一種用樹枝型聚合物與重金屬離子的配合物做為雙極膜中間層的催化物質的方法，所制得的雙極膜性能穩定，壽命較長。但所使用的樹枝狀聚合物合成路線繁瑣，操作困難，應用范圍受到一定限制。