一種新型離子交換膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種離子膜的制備方法，尤其涉及一種新型離子交換膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙極膜通常是有陰離子交換膜層和陽離子交換膜層共同制備而成，將構(gòu)成雙極膜 的陰、陽兩膜層及其鄰近區(qū)域稱作中間界面層。將雙極膜置于電槽陰、陽兩極之間時，在直 流電場的作用下，雙極膜中間界面層能夠?qū)⑽挥诮缑嬷g的水發(fā)生解離，生成氫離子和氫 氧根離子，氫離子透過陽離子交換膜層進(jìn)入陰極室，氫氧根離子透過陰離子交換膜進(jìn)入陽 極室。雙極膜及其水解電離技術(shù)，在化工生產(chǎn)、分離、廢物利用和資源回收方面都具有非常 廣泛的作用。離子交換膜是膜狀的離子交換樹脂。它包括三個基本組成部分即高分子骨架、 固定基團(tuán)及基團(tuán)上的可移動離子。因此和離子交換樹脂一樣，按照其帶電荷種類的不同，主 要分為陽性離子交換膜和陰離子交換膜。陽離子交換膜(簡稱陽膜)膜體中含有帶負(fù)電的酸 性活性基團(tuán)，因此它能選擇透過陽離子而阻擋陰離子的透過。陰離子交換膜(簡稱陰膜）膜 體中含有帶正電的堿性活性基團(tuán)，因此它能選擇透過陰離子而阻擋陽離子的透過。凡是被 膜阻擋的離子稱為同離子(與膜所帶的電荷相同)，反之為反離子。因此，陰、陽膜的同離子 與反離子是互為相反的。交換基團(tuán)的種類不同對膜的電阻和選擇性有很大的影響，如磺酸 基團(tuán)在整個PH值范圍均是離解的，而羧基在PH〈3基本上是不能離解的。季氨基團(tuán)在整個 PH值范圍是離解的，而其他基團(tuán)只是弱離解的。因此商業(yè)運用的膜大都是磺酸基的陽膜和 季氨基的陰膜。若膜體中同時含有帶正電的堿性基團(tuán)，又含有帶負(fù)電的酸性基團(tuán)，則稱為兩 性離子交換膜；若陰、陽離子基團(tuán)交換排列則構(gòu)成鑲嵌膜；若陰、陽離子交換層直接復(fù)合起 來，則構(gòu)成雙極膜。特別是當(dāng)一交換層與另一交換層相比特別薄時，則對二價或高價離子具 有阻擋作用或者優(yōu)先滲透作用。但雙極膜只是簡單的將兩種膜合成為一種離子交換膜，能 耗相對較高，在抗污染性和導(dǎo)電性方面無法滿足現(xiàn)在的發(fā)展需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種新型離子交換膜的制備方法，處理后的離子 交換膜集合陰離子膜與陽離子膜的雙重特性，具有非常好的導(dǎo)電性能和使用性能，尤其在 抗污染性方面達(dá)到良好的效果，采用的特殊工藝導(dǎo)致電流效率提高，能耗降低，在使用過程 中運行維護(hù)成本低，膜堆的清洗周期變長。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種新型離子交換膜的制備方法， 其特征在于，包括如下步驟：將所述離子交換樹脂與單體溶液混合在輻照管里，離子交換樹 脂與單體溶液的配方重量比為1:2-4,輻射活度為5000Ci，劑量率為30 Gy/min，所述單體 溶液的配各原料組分及重量份數(shù)如下：N，N-二甲基胺基甲基丙烯酸乙酯20~50,苯乙烯 30~60，二甲基甲酰胺10~18、二甲基亞砜8~15、甲基吡咯烷酮3~7 ; 將混合后的樹脂及單體溶液放入索氏提取器中，用甲苯進(jìn)行8h洗滌，真空干燥24h，控 制溫度為80~95 °C，反應(yīng)過后樹脂與單體溶液析出聚合物粉體； 將產(chǎn)生的聚合物粉體融入有機(jī)溶液配比成10wt%的均相溶液； 將均相溶液平鋪在玻璃板上，將玻璃板放入烘干箱進(jìn)行烘干，烘干溫度控制在60°c，持 續(xù)時間為2h，隨后將烘干箱設(shè)置為10°C /h的升溫速率升至130°C，達(dá)到130°C后持續(xù)lh， 均相溶液析出產(chǎn)生膜； 將析出的膜加入添加劑，通過共聚反應(yīng)進(jìn)行防污處理，添加劑的各原料組分及重量份 數(shù)如下：丙烯酸丁酯7~10,甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5~7,乙烯基三乙氧基硅 烷3~5,甲基丙烯酰乙基磺基甜菜堿1~2 ; 經(jīng)過添加劑處理后的膜置于二氯乙烷溶液中進(jìn)行磺化處理，磺化處理時間控制在 12h ； 將經(jīng)過磺化處理后的膜浸泡在去離子水中，水解時間為6h，水解溫度設(shè)置為60°C ; 取出浸泡后的膜反復(fù)經(jīng)過lmol/L的鹽酸沖洗完成質(zhì)子化反應(yīng)，隨后放膜將入真空箱 進(jìn)行干燥； 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述輻照管放入6°Co輻照室進(jìn)行溶液處理。
[0005] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述有機(jī)溶液為氮甲基吡咯烷酮。
[0006] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述二氯乙烷溶液中加入lmol/L的氯磺酸進(jìn)行磺 化處理。
[0007] 本發(fā)明具備的有益效果：經(jīng)過特殊改性的離子交換膜將陽離子膜與陰離子膜同時 聚合在一起，但成本遠(yuǎn)小于以往存有的離子交換膜，離子交換膜的膜基材和接枝物具有非 常強(qiáng)的穩(wěn)定性，制作的兩性離子交換膜化和質(zhì)子化后，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和阻礙重金屬離 子滲透的性能，采用接枝改性后的交換膜將機(jī)械性能顯著提高，采用二院單體接枝到離子 交換樹脂上，功能化后鑄成膜材料的新制備工藝有助于解決接枝鏈在膜垂直方向上分布不 均勻的問題，從而給離子交換膜的生產(chǎn)開辟了一條新的領(lǐng)域。
【具體實施方式】
[0008] 以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述具體 實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0009] 實施例一： 將所述離子交換樹脂與單體溶液混合在輻照管里，離子交換樹脂與單體溶液的配方重 量比為1:2-4,輻照管放入6°Co輻照室進(jìn)行溶液處理，輻射活度為5000Ci，劑量率為30 Gy/ min，所述單體溶液的配方為N，N-二甲基胺基甲基丙烯酸乙酯20,苯乙烯30,二甲基甲酰 胺10、二甲基亞砜8、甲基吡咯烷酮3 ; 將混合后的樹脂及單體溶液放入索氏提取器中，用甲苯進(jìn)行8h洗滌，真空干燥24h，控 制溫度為80~95 °C，反應(yīng)過后樹脂與單體溶液析出聚合物粉體； 將產(chǎn)生的聚合物粉體融入氮甲基吡咯烷酮配比成l〇wt%的均相溶液； 將均相溶液平鋪在玻璃板上，將玻璃板放入烘干箱進(jìn)行烘干，烘干溫度控制在60°C，持 續(xù)時間為2h，隨后將烘干箱設(shè)置為10°C /h的升溫速率升至130°C，達(dá)到130°C后持續(xù)lh， 均相溶液析出產(chǎn)生膜； 將析出的膜加入添加劑，通過共聚反應(yīng)進(jìn)行防污處理，添加劑的各原料組分及重量份 數(shù)如下：丙烯酸丁酯7,甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷5,乙烯基三乙氧基硅烷3,甲基 丙烯酰乙基磺基甜菜堿1; 經(jīng)過處理后的膜置于含有l(wèi)mol/L的氯磺酸的二氯乙烷溶液中進(jìn)行磺化處理，磺化處 理時間控制在12h ; 將經(jīng)過磺化后的膜浸泡在去離子水中，水解時間為6h，水解溫度設(shè)置為60°C ; 通過lmol/L的鹽酸進(jìn)行沖洗進(jìn)行質(zhì)子化反應(yīng)，隨后放入真空箱進(jìn)行干燥； 實施例一中在單體溶液與離子樹脂的配方重量比及添加劑的共同作用下，雙性膜的導(dǎo) 電率達(dá)到80%的優(yōu)良導(dǎo)電性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)膜的導(dǎo)電率，與此同時，經(jīng)過測量分析得到離 子交換容量為〇. 4mmol/g，接枝率達(dá)到18%，具有較強(qiáng)的離子交換效率和抗污染性。
[0010] 實施例二： 將所述離子交換樹脂與單體溶液混合在輻照管里，離子交換樹脂與單體溶液的配方重 量比為1:2-4,輻照管放入6°Co輻照室進(jìn)行溶液處理，輻射活度為5000Ci，劑量率為30 Gy/ min，所述單體溶液的配方為N，N-二甲基胺基甲基丙烯酸乙酯50,苯乙烯