[發明專利]一種改性殼聚糖/磺化聚醚砜陽離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810318847.2
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108295677B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 馬準;李治學;徐冬梅;高軍;許玉婷;王小濛;孫永超;王蓉
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: B01D71/68
• 分類號: B01D71/68;B01D69/02;B01D67/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 孫靜雅

本發明公開了一種改性磺化聚醚砜陽離子交換膜及其制備方法，所述改性聚醚砜陽離子交換膜主要是以磺化聚醚砜作為膜基質，以鄰苯二甲酰化殼聚糖或馬來酰化殼聚糖作為添加物質制成。本發明的有益效果為：改性后提高陽離子交換膜的孔隙率，結合磺化聚醚砜膜基質提供機械強度、穩定性和良好的親水性，大大提高膜性能，能在電滲析離子交換膜領域內得到良好的應用。

技術領域

本發明公開了一種改性殼聚糖/磺化聚醚砜陽離子交換膜及其制備方法，屬于陽離子交換膜技術領域。

背景技術

磺化聚醚砜是制備陽離子交換膜的一種常用膜基質，其具有良好的成膜能力、熱力學及機械性能和化學耐受性，通過磺化劑將聚醚砜親水改性制備。理論上講，磺化度是影響膜性能的重要因素，磺化度越高可交換離子越多，然而磺化度高時，膜材料容易吸水溶脹，導致高的滲透性和差的機械穩定性。此外，現有的離子交換膜大多具有較為致密的膜結構，這在一定程度上限制了離子的傳輸能力，會產生膜面電阻大等問題。

殼聚糖是一種含氮的多糖類，具有良好的生物相容性、無毒性和生物可降解性等優點，是膜技術領域中非常有用的聚合物，可用于超濾和反滲透等分離技術。然而,殼聚糖的親水性較小，影響膜性能，如機械強度。同時殼聚糖本身特殊的結構，使得其不易溶于一般的有機溶劑，很難將其溶解在鑄膜液中。為了更好地復合殼聚糖和聚醚砜兩種物質，可采用化學改性改性殼聚糖，制備具有高親水性、低膜面電阻、良好離子交換能力和生物相容性的復合膜。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種改性殼聚糖/磺化聚醚砜陽離子交換膜及其制備方法，通過對殼聚糖進行改性，解決了殼聚糖與聚醚砜難以直接復合的問題；以鄰苯二甲酸酐或馬來酸酐改性的殼聚糖作為陽離子交換膜添加劑，解決了現有離子交換膜限制離子傳輸，膜面電阻大的問題。

為了實現上述目的，本發明提供一種改性殼聚糖/磺化聚醚砜陽離子交換膜，其以磺化聚醚砜為膜基質，鄰苯二甲酰化殼聚糖或馬來酰化殼聚糖為添加物質，通過溶劑蒸發法制備而成。

本發明還提供了所述改性殼聚糖/磺化聚醚砜陽離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)聚醚砜磺化：將聚醚砜溶于有機溶劑A中，N₂保護下加入磺化劑反應，倒入大量冰水中，過濾、洗滌、干燥得到磺化聚醚砜；

(2)鑄膜液配制：將鄰苯二甲酰化殼聚糖或馬來酰化殼聚糖和磺化聚醚砜溶于有機溶劑B中，一定溫度下攪拌反應，減壓過濾，靜置一段時間進行脫泡處理，獲得鑄膜液。

(3)成膜：將鑄膜液倒在潔凈的玻璃板上涂膜，烘干，去離子水浸泡，脫離即得。

優選，有機溶劑A為二氯甲烷、三氯甲烷的一種或兩種，所述有機溶劑B為N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N甲基吡咯烷酮的一種或多種。

優選，所述步驟(1)中，磺化劑為濃硫酸、發煙硫酸、氯磺酸的一種或多種，以重量比計，聚醚砜：有機溶劑A：磺化劑＝(3-5)：(50-55)：(10-25)，洗滌采用的洗滌劑為甲醇、乙醇、乙醚一種或多種。

優選，所述步驟(2)中，以重量比計，鄰苯二甲酰化殼聚糖：磺化聚醚砜：有機溶劑B＝(0.5-2)：(7-10)：(85-95)，反應溫度為50-80℃；以重量比計，馬來酰化殼聚糖：磺化聚醚砜：有機溶劑B＝(0.5-2)：(7-10)：(85-95)，反應溫度為40-80℃。

優選，鄰苯二甲酰化殼聚糖制備：將鄰苯二甲酸酐溶于有機溶劑B中，加入殼聚糖，在一定溫度下N₂氣氛中攪拌反應，后倒入大量冰水中，過濾、洗滌、干燥得到鄰苯二甲酰化殼聚糖。其中，以重量比計，殼聚糖：鄰苯二甲酸酐：有機溶劑B＝(0.5-1.5)：(3-5)：(15-20)，反應溫度范圍為100-130℃，洗滌采用的洗滌劑為甲醇、乙醇、乙醚一種或多種。