[發(fā)明專利]一種堅固且耐有機(jī)溶劑的陽離子交換膜的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210532470.7
• 申請日: 2022-05-12
• 公開（公告）號: CN114917777B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦剛?cè)A;劉春紅;祁志福;董雋;高強(qiáng)生;薛上峰;余帥軍;沈江南
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江浙能技術(shù)研究院有限公司;浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01D71/72
• 分類號: B01D71/72;B01D67/00;B01D69/02;C02F1/469
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

本發(fā)明涉及一種堅固且耐有機(jī)溶劑的陽離子交換膜的制備方法，包括步驟：制膜；將刮制得到的膜立即浸入純水中相轉(zhuǎn)換15～45分鐘，得到凝膠膜；采用純水洗滌凝膠膜至洗液的pH達(dá)到5～8。本發(fā)明的有益效果是：由于凱夫拉爾納米纖維之間存在著的氫鍵、分子間π?π鍵等，使得該材料顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性和耐有機(jī)溶劑性能，因此本發(fā)明將凱夫拉爾納米纖維應(yīng)用于離子交換膜材料領(lǐng)域；本發(fā)明的制備工藝簡便，操作易行，無毒環(huán)保；制備的陽離子交換膜具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具備耐有機(jī)溶劑性能且有高脫鹽性能；本發(fā)明的制備工藝中加入聚乙烯亞胺(PEI)，有助于提高陽離子交換膜的機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)膜的穩(wěn)定性以及使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于離子交換膜領(lǐng)域，尤其涉及一種堅固且耐有機(jī)溶劑的陽離子交換膜的制備方法。

背景技術(shù)

隨著科技的高速進(jìn)步，用于高技術(shù)工業(yè)生產(chǎn)的離子能源提取或高純有機(jī)溶劑離子脫除的先進(jìn)復(fù)合膜的發(fā)展受到了極大關(guān)注。特別是作為電滲析技術(shù)的核心元件的離子交換膜，與其他壓力驅(qū)動膜相比，在離子脫鹽或高濃度鹽水濃縮等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。離子交換膜主要分為陰離子交換膜和陽離子交換膜，目前已應(yīng)用于脫鹽、鹽濃縮和鹽提取等過程。

但由于受到水環(huán)境復(fù)雜成分的限制，傳統(tǒng)的離子交換膜材料無法滿足日益更新的實(shí)際工業(yè)需求。由于當(dāng)前的陽離子交換膜在強(qiáng)有機(jī)溶劑水溶液環(huán)境下可能會發(fā)生化學(xué)降解，因此導(dǎo)致離子交換容量下降，影響離子脫鹽性能。這種現(xiàn)象極大的造成了膜功能的失效，限制了膜的應(yīng)用；同時，也降低了膜的使用壽命，增加了更換膜的成本。例如，在有機(jī)溶劑溶液中含有少量的鹽會導(dǎo)致在利用有機(jī)溶劑刻蝕制備高端、高精密度科技材料器件過程中降低器件性能。

因此，尋找并設(shè)計合適的膜材料用于制備堅固且耐有機(jī)溶劑陽離子交換膜已經(jīng)成為當(dāng)前迫在眉睫的發(fā)展需求。

凱夫拉爾納米纖維是一種超強(qiáng)韌的材料，在航空航天、防彈衣制造、耐高溫及耐有機(jī)腐蝕防護(hù)服等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種堅固且耐有機(jī)溶劑的陽離子交換膜的制備方法。

這種堅固且耐有機(jī)溶劑的陽離子交換膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、制膜；

步驟1.1、室溫下，按(0.3：1)～(5：1)的質(zhì)量比將聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-順丁烯二酸)鈉鹽和聚乙烯亞胺與去離子水混合設(shè)定時長，得到質(zhì)量濃度為50％～100％的PSSMA水溶液；聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-順丁烯二酸)鈉鹽又叫聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-馬來酸)，簡寫為PSSMA；聚乙烯亞胺簡稱PEI；

步驟1.2、在PSSMA水溶液中依次加入設(shè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鉀和二甲基亞砜，然后在50～100℃油浴中攪拌15～60分鐘，得到混合溶液；以氫氧化鉀和二甲基亞砜的總質(zhì)量為100％計，氫氧化鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～20％，二甲基亞砜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80％～99％；

步驟1.3、在步驟1.2得到的混合溶液中加入凱夫拉爾納米纖維碎片，并保持在50～100℃下持續(xù)攪拌精餾10～30小時，得到鑄膜液；使用鑄膜液在水平放置的干燥玻璃板上刮制成膜；凱夫拉爾納米纖維碎片的質(zhì)量用量為氫氧化鉀和二甲基亞砜的總質(zhì)量用量的0.5％～6％；

步驟2、將步驟1.3刮制得到的膜立即浸入純水中相轉(zhuǎn)換15～45分鐘，得到凝膠膜；采用純水洗滌凝膠膜至洗液的pH達(dá)到5～8；然后將凝膠膜浸入設(shè)定濃度的4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(ATTO)、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽(EDC·HCl)和N-羥基丁二酰亞胺(NHS)的混合溶液中并密封，浸泡凝膠膜24～96小時后，取出凝膠膜并進(jìn)行干燥，得到陽離子交換膜。