[其他]雙極膜及其制造方法

無效

• 申請號: 87104069
• 申請日: 1987-06-05
• 公開（公告）號: CN87104069A
• 公開（公告）日: 1987-12-16
• 發明（設計）人: 弗雷德里克;P·克萊達;雷明嘉
• 申請（專利權）人: 聯合公司
• 主分類號: B01D13/04
• 分類號: B01D13/04
• 代理公司: 上海專利事務所
• 代理人: 張綺霞

本發明涉及雙極膜，它特別適用于電滲析水裂解工藝。

雙極膜的效用業已為人們所知，它們能整流交流電、改善脫鹽工藝、作為某些生物膜的模擬體、以及從鹽中電滲析酸和堿時用來裂解水。其中后一性能是極其有用的，借此可使各種各樣可溶性鹽通過采用雙極膜的電滲析設備而處理成工業上有用的酸和堿。

文獻中業已報道了由各種不同方法制備的雙極膜。例如，借助熱和壓力，或粘結漿料，使附在惰性基體上的，帶有相反電荷的離子交換樹脂所形成的兩張膜粘結在一起，從而制備雙極膜（參見美國專利2，829，095）。美國專利3，372，101和英國專利1，038，777也揭示了一種通過加熱和加壓而使陰、陽離子交換膜一起熔化，以形成雙極膜的方法。也有人描述了在陽離子變換膜上涂以陰離子聚電解質糊，然后使其固化，以得到雙極膜。此外，美國專利3，388，080和3，654，125，以及最近的美國專利4，024，043、4，057，481和4，140，815已揭示了用單張聚合物膜來制備雙極膜的方法，亦即使其選擇性地起作用，在膜的一邊呈現選擇性的陽離子交換功能，而另一邊呈現選擇性的陰離子交換功能。

美國專利4，116，889中所描述的雙極膜顯示出良好的機械強度，能在高電流密度下運行。具有高選擇滲透性、低電位降、以及穩定的性能。正如上述專利文獻所揭示的那樣，制備低電位降雙極膜的重要因素是陽、陰離子交換膜層之間的緊密接觸程度。接觸程度必須如此控制，以至膜層之間的相互貫穿不至達到在膜的陽、陰離子選擇滲透部分之間產生高阻層的程度。由所揭示的方法產生的雙極膜包含分散在聚合物基體中的離子交換樹脂，而該基體帶有與離子交換樹脂電荷相反的離子團。使用含有交聯物質（離子交換樹脂）的聚合物基體將使相互貫穿程度限制在產生優質雙極膜所必需的程度。歐洲專利（EPA）0，143，582中揭示了另一種制備雙極膜的方法，該膜有一個交界層，該層由附在基體聚合物中的離子交換樹脂構成，而所說基體聚合物帶有與離子交換樹脂電荷相反的離子團。雖然美國專利4，116，889中揭示了一些影響雙極膜性能的因素，但迄今為止對于有助于提高雙極膜穩定性、選擇滲透性和降低電位降的許多其他因素仍未見揭示。

本發明人業已發現了許多特性，它們對制備高穩定性、高選擇滲透性和低電位降的雙極膜是至關重要的。

因此，本發明的雙極膜包括陰離子選擇滲透部分、陽離子選擇滲透部分、以及介于它們之間的交界層，后者包括有陽離子交換樹脂分散在其內的基體聚合物，所說聚合物還包含季胺或非季胺基團，在溫度約為30℃的0.5MNa₂SO₄溶液中，而電流密度為109毫安/平方厘米時，雙極膜的電壓降小于1.2伏。

改進的雙極膜也包括一個陰離子選擇滲透部分、一個陽離子選擇滲透部分、以及介于它們之間的區域，該區域包含聚合物的反應產物所形成的基體材料，及離子交換樹脂，其中所說聚合物含有濃度約為1.2-3.9毫克當量/克的芐基鹵和胺，所說反應產物包括從聚合物的鹵甲基基團衍生得到的季銨基團，而所說離子交換樹脂所帶的電荷與季銨基的電荷相反。

本發明的雙極膜之特點也在于具有一個陰離子選擇滲透層、一個交界層、以及一個基本上無銨基的陽離子選擇滲透層，其中所說陰離子選擇滲透層包含聚（苯乙烯-乙烯基芐基鹵）共聚物的交聯反應產物，且基本上無陽離子交換樹脂，而所說共聚物含有約18%-60%（以重量計）的乙烯基芐基鹵和胺，所說交聯反應產物包括季銨基團;所說交界層包含：（1）聚（苯乙烯-乙烯基芐基鹵）共聚物的交聯反應產物，其中所說共聚物含有約30%-60%的乙烯基芐基鹵和二元胺，（2）分散在交聯反應產物中的陽離子交換樹脂。

本發明的目在也在于提供這樣一種雙極膜，它包含：（1）陰離子選擇滲透層，其離子交換容量約為1-2毫克當量/克，并含有季胺基團;（2）界面層，它對Na⁺的離子交換容量約為1-3毫克當量/克，并含有季胺基團和弱堿性離子交換基團;（3）陽離子選擇滲透層，其離子交換容量約為1-1.6毫克當量/克。

按照本發明的雙極膜，其特點進一步在于：（1）離子交換容量約為1-2毫克當量/克的陰離子選擇滲透層;（2）包含基體材料和離子交換樹脂的界面層，它對Na⁺和Cl^-的離子交換容量均為約1-3毫克當量/克;（3）離子交換容量約為1.3-1.6毫克當量/克的陽離子選擇滲透層。