[發(fā)明專利]基于靜電自組裝的雙極膜制備方法以及雙極膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911255856.2
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110898862B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳亮;徐銅文;葛紫娟;葛亮;葛曉琳
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽中科莘陽膜科技有限公司
• 主分類號: B01J43/00
• 分類號: B01J43/00
• 代理公司: 深圳市世紀(jì)恒程知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 44287
• 代理人: 胡海國

本發(fā)明公開了一種基于靜電自組裝的雙極膜制備方法以及雙極膜，通過將磺酸型聚苯醚陽離子交換膜液均勻地流延在基體上并將基體放置在加熱板上加熱，直至磺酸型聚苯醚陽離子交換膜液中的部分磺酸基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)，得到致密交聯(lián)型陽離子交換膜層；在致密交聯(lián)型陽離子交換膜層的兩側(cè)分別加入預(yù)先制備的氫氧化鐵膠體溶液和去離子水，攪拌氫氧化鐵膠體溶液以在致密交聯(lián)型陽離子交換膜層上靜電自組裝得到金屬氫氧化物膠體納米顆粒；將金屬氫氧化物膠體納米顆粒作為中間層，并在致密交聯(lián)型陽離子交換膜攜帶有金屬氫氧化物膠體納米顆粒的一面噴涂季胺型聚苯醚陰離子交換膜液，烘干季胺型聚苯醚陰離子交換膜液以得到雙極膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)材料領(lǐng)域，尤其涉及一種基于靜電自組裝的雙極膜制備方法以及基于靜電自組裝的雙極膜。

背景技術(shù)

雙極膜是一種特殊類型的離子交換膜，由具有相反極性固定電荷的聚合物薄膜組成，即由陰離子交換膜、陽離子交換膜及兩膜層之間的中間層構(gòu)成。在高電場的作用下，水分子在雙極膜的中間層解離成氫離子與氫氧根離子，從而將原料液中的鹽溶液變?yōu)閷?yīng)的酸及堿。雙極膜水解離技術(shù)清潔環(huán)保，所涉及過程均無有害氣體產(chǎn)生，可應(yīng)用與多種化工過程。如冶金工業(yè)、海水淡化、太陽能產(chǎn)氫等環(huán)境保護(hù)和資源回收領(lǐng)域。

然而，基于傳統(tǒng)方法制備得到的常規(guī)雙極膜在運(yùn)行過程中會由于中間層催化劑泄露、膜層傳質(zhì)阻力高等因素，導(dǎo)致雙極膜水解離電壓升高、電滲析效率降低以及穩(wěn)定性下降等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提出一種基于靜電自組裝的雙極膜制備方法以及基于靜電自組裝的雙極膜，旨在解決現(xiàn)有基于傳統(tǒng)方法制備得到的常規(guī)雙極膜在運(yùn)行過程中容易導(dǎo)致雙極膜水解離電壓升高、電滲析效率降低以及穩(wěn)定性下降的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于靜電自組裝的雙極膜制備方法，所述基于靜電自組裝的雙極膜制備方法，包括如下步驟：

將磺酸型聚苯醚陽離子交換膜液均勻地流延在基體上并將所述基體放置在加熱板上加熱，直至所述磺酸型聚苯醚陽離子交換膜液中的部分磺酸基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)，得到致密交聯(lián)型陽離子交換膜層；

在所述致密交聯(lián)型陽離子交換膜層的兩側(cè)分別加入預(yù)先制備的氫氧化鐵膠體溶液和去離子水，攪拌所述氫氧化鐵膠體溶液以在所述致密交聯(lián)型陽離子交換膜層上靜電自組裝得到金屬氫氧化物膠體納米顆粒；

將所述金屬氫氧化物膠體納米顆粒作為中間層，并在所述致密交聯(lián)型陽離子交換膜攜帶有所述金屬氫氧化物膠體納米顆粒的一面噴涂季胺型聚苯醚陰離子交換膜液，烘干所述季胺型聚苯醚陰離子交換膜液以得到雙極膜。

進(jìn)一步地，所述磺酸型聚苯醚陽離子交換膜液的質(zhì)量濃度為5％至10％，通過將磺酸型聚苯醚粉末與有機(jī)溶劑均勻混合得到。

進(jìn)一步地，在將磺酸型聚苯醚陽離子交換膜液均勻地流延在基體上并將所述基體放置在加熱板上加熱的過程中，所述加熱板的加熱溫度為50至80攝氏度、加熱時(shí)長為12至60小時(shí)。

進(jìn)一步地，在所述攪拌所述氫氧化鐵膠體溶液以在所述致密交聯(lián)型陽離子交換膜層上靜電自組裝得到金屬氫氧化物膠體納米顆粒過程中，攪拌所述氫氧化鐵膠體溶液的時(shí)間為1至15小時(shí)。

進(jìn)一步地，所述氫氧化鐵膠體溶液的濃度為1至6毫克每毫升，通過將預(yù)設(shè)濃度的三氯化鐵溶液加入沸水中并持續(xù)加熱進(jìn)行制備。

進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)濃度為0.5克每毫升，

所述將預(yù)設(shè)濃度的三氯化鐵溶液加入沸水中并持續(xù)加熱進(jìn)行制備的步驟，包括：將預(yù)設(shè)濃度為0.5克每毫升的三氯化鐵溶液逐滴加入到煮沸的去離子水中，并持續(xù)煮沸5至30分鐘后自然冷卻以制備得到所述氫氧化鐵膠體溶液。

進(jìn)一步地，所述季胺型聚苯醚陰離子交換膜液的質(zhì)量濃度為3％至5％，通過將溴化度為20％至50％的溴化聚苯醚與胺類有機(jī)物進(jìn)行季胺化反應(yīng)制備得到。