[發明專利]一種雙極膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202011633870.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112546873A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 李曉玉;傅榮強;劉兆明;徐銅文;劉行行;婁玉峰;張治磊;李志剛
• 申請（專利權）人: 山東天維膜技術有限公司
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D69/12;B01D67/00;B01D61/44
• 代理公司: 濰坊鳶都專利事務所 37215
• 代理人: 周帥

1.一種雙極膜，其特征在于包括陽離子交換層和陰離子交換層；

所述陰離子交換層的化學結構如下：

，

其中，X^-為陰離子，X^-為Cl^-、Br^-、I^-和SO₃H^-中的任一種，m在1%-30%的范圍， y在10%-40%的范圍；

所述陽離子交換層的化學結構如下：

，

其中，X⁺為陽離子，X⁺為H⁺、Li⁺、Na⁺和K⁺中的任一種，n在1%-30%的范圍， y在10%-40%的范圍。

2.如權利要求1所述的雙極膜，其特征在于：所述m在1%-30%的范圍，所述n在1%-30%的范圍。

3.如權利要求1或2所述的雙極膜，其特征在于陽離子交換層和陰離子交換層通過支撐布連為一體。

4.一種雙極膜的制備方法，其特征在于制備方法包括以下步驟：

（1）膜液配制：將4-乙烯基芐基縮水甘油醚與二乙烯基苯加入有機溶劑中攪勻，然后加入引發劑偶氮二異丁腈并攪拌至完全溶解，制得膜液； 4-乙烯基芐基縮水甘油醚與二乙烯基苯摩爾比為2-10:1；有機溶劑與4-乙烯基芐基縮水甘油醚和二乙烯基苯總量的質量比為0.5-2:1； 4-乙烯基芐基縮水甘油醚與偶氮二異丁腈的摩爾比為200-1000:1；

（2）基膜制備：將支撐布在膜液中充分浸潤，然后取出進行加熱聚合，加熱聚合完成后進行烘干，制得基膜；

（3）磺化：將基膜的一個表面浸潤于磺化劑中磺化，引入磺酸基團，形成磺化層，當磺化層厚度到達設定值后停止磺化反應，然后用去離子水洗除去殘余的磺化劑；

（4）季銨化：將基膜的另一個表面浸潤于季銨化劑中季銨化，引入季銨基團，讓基膜沒發生磺化反應的部分發生季銨化反應形成季銨化層，季銨化反應完成后用去離子水洗除去殘余的季銨化劑，即制得雙極膜。

5.如權利要求4所述的雙極膜的制備方法，其特征在于：所述季銨化層和磺化層的厚度之和等于基膜的厚度。

6.如權利要求5所述的雙極膜的制備方法，其特征在于：所述季銨化層和磺化層的厚度各為基膜厚度的一半。

7.如權利要求4所述的雙極膜的制備方法，其特征在于：所述步驟（1）中，有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亞砜。

8.如權利要求4所述的雙極膜的制備方法，其特征在于：所述步驟（2）中， 加熱聚合的條件為溫度70℃-90℃和隔絕空氣；烘干在溫度60℃-100℃條件下進行4-12小時。

9.如權利要求4所述的雙極膜的制備方法，其特征在于：所述磺化劑為75%-98%的硫酸，磺化反應的溫度和時間分別為20℃-80℃下、0.5-4小時；所述季銨化劑為三甲胺與三甲胺鹽酸鹽的水溶液，其中三甲胺的含量為3%-20%，三甲胺鹽酸鹽的含量為2%-10%，季銨化反應的溫度和時間分別為20℃-60℃下、0.5-6小時。

10.如權利要求4所述的雙極膜的制備方法，其特征在于：所述步驟（2）中，支撐布的孔隙率40-60%，厚度80-120μm。