[發明專利]一種單價選擇性陽離子交換膜的制備方法

有效

• 申請號: 202011633888.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112546872B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 傅榮強;王丹;王偉;張曉麗;劉兆明;徐銅文
• 申請（專利權）人: 山東天維膜技術有限公司
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02
• 代理公司: 濰坊鳶都專利事務所 37215
• 代理人: 周帥

本發明公開了一種單價選擇性陽離子交換膜的制備方法，步驟為：（1）以陽離子交換膜為基膜并將其浸泡于氧化劑水溶液中，（2）將步驟（1）獲得的膜片浸泡于吡咯?2?羧酸的乙醇溶液中，使吡咯?2?羧酸在膜片內部及表面發生聚合；（3）將步驟（2）獲得的膜片先進行酸洗、再進行水洗，水洗后進行加熱處理；（4）將步驟（3）獲得的膜片在含有對氯甲基苯乙烯和甲基丙烯酸2?磺乙酯的混合液里進行短時間浸泡，取出膜片并將其夾于兩片惰性片體之間，然后進行熱聚合處理，（5）將步驟（4）獲得的膜片浸泡于N,N?二甲基乙醇胺水溶液中，浸泡完畢后水洗，便獲得單價選擇性陽離子交換膜。

技術領域

本發明涉及一種離子交換膜的制備方法，具體涉及一種單價選擇性陽離子交換膜的制備方法。

背景技術

電滲析是利用離子交換膜對陰陽離子的選擇透過性能，在電場作用下通過陰陽離子的定向遷移來實現對電解質溶液的分離、提純和濃縮的目的。其最基本的用途是用于水溶液脫鹽和濃縮。電滲析作為一種電驅動膜分離技術，因為其具有良好的技術相容性、易操作性、低能耗和膜組件易更換等特點，在海水淡化、廢水資源化利用和化學品生產中得到了廣泛的應用。

傳統的離子交換膜性能已經得到很大提升且基本可以滿足工業需要，但在離子交換膜的應用領域中，更多的是涉及含有多種離子的溶液。在許多電滲析應用領域中，往往需要利用膜將特定離子從混合物中選擇分離出來。利用電滲析法從混合物中分離特定陽離子的技術對于廢水處理、濕法冶金等領域是十分重要的。與離子交換樹脂法和液相離子交換劑萃取法不同的是，利用離子交換膜的電滲析技術能夠連續運行而且過程中無需添加酸、堿和有機溶劑。盡管常規離子交換膜可以實現陽離子和陰離子之間的分離，但是它不能有效地實現同性離子間的分離。隨著電滲析技術的發展和工業界要求的提高，且由于傳統陽離子交換膜對特定陽離子的選擇性分離能力較差，單/多價分離效率較低的常規電滲析己經略顯乏力。

具有單價分離能力的選擇性電滲析在諸多領域，例如鹽湖提鋰、鹽水的精制、廢酸廢堿回收等領域，展現出巨大的潛力。作為選擇性電滲析的核心，高性能的單價選擇性離子交換膜的制備顯得至關重要。因此，大量針對單價選擇性離子交換膜的制備和電滲析法選擇分離特定離子的研究工作已經相繼得到開展。

自從1972年開始，日本實現了直接通過電滲析濃縮海水來制取食鹽。為了從海水中直接制取較純凈的氯化鈉，就要求陽離子交換膜對單價的鈉離子有優先的選擇透過性。因此單價離子選擇性分離膜的研發被提上日程。通過增加陽離子交換膜的交聯密度或者在一個低交聯密度陽離子交換膜表面形成一極薄的高交聯密度樹脂可以使單價陽離子的滲透性顯著高于高價態陽離子。在陽離子交換膜中引入少量的陰離子交換基團或者在陽離子交換膜表面形成一薄層荷正電聚電解質也可以增加膜的單價離子選擇性。

基于不同的分離機理，單價選擇性陽離子交換膜的制備有如下方法：

（1）增加膜基體的致密度。鑒于陽離子間的水合離子半徑不同，最初嘗試通過增加交聯度制備致密膜基體來實現離子間的篩分。比如，苯酚、苯酚磺酸鈉和甲醛三種單體進行縮聚反應可以制備單價選擇性陽離子交換膜，通過改變交聯劑苯酚的用量來改變膜基體致密度；隨著酚含量的增加，鈣離子相對鈉離子的滲透能力就大大下降了。然而對于由苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物經磺化制備的聚合性陽離子交換膜而言，鈣離子相對鈉離子的選擇透過能力隨著交聯劑（二乙烯基苯）用量的增加只是略有降低；這是由于隨著二乙烯基苯含量的增加而降低的鈣離子和鈉離子在膜相中的遷移率之比被隨之增加的離子間平衡常數抵消了。而在縮聚型離子交換膜中，隨著酚含量的增加鈣離子和鈉離子的離子交換平衡常數和鈣離子相對鈉離子的遷移率之比均在減小。因此在高交聯度的離子交換膜中，需要保持鈣離子和鈉離子的離子交換平衡常數不變或降低。