本發(fā)明涉及一種兩極離子交換板和其制造方法。

背景技術(shù)：

在分離離子材料中，離子交換膜是一種分離膜，其使用傳質(zhì)動量作為分離離子材料的電動勢。當陽離子交換膜系統(tǒng)通過陽極和陰極提供電流，包含在電解質(zhì)溶液中的陽離子通過離子交換膜向陰極移動，并且陰離子不能通過陽離子交換膜的唐南排斥滲透通過離子交換膜。類似地，陰離子交換膜系統(tǒng)能夠使得包含在電解質(zhì)溶液中的陰離子通過離子交換膜向陽極移動，并且防止陽離子通過陰離子交換膜的唐南排斥穿過離子交換膜。以此方式，分離離子材料。

以相同的方式，當在陽離子交換膜和陰離子交換膜彼此結(jié)合的同時提供電流，以便陽離子交換從向陰極取向，并且陰離子交換層向陽極取向時，水分子分解為氫離子(h⁺)和氫氧根離子(oh^-)，從而分別移動到陰極和陽極，由此制備酸或堿。該工藝可以在各種類型的化學和生物加工中使用。

同時，兩極膜的水分解特性取決于離子選擇性和形成系統(tǒng)的各離子交換膜的膜電阻?！逗瑯O性基團的單體》當離子選擇性低時，共離子泄露現(xiàn)象可能導致水分解效率(或電流效率)的下降，并且當膜電阻的水平較高時，水分解效率會降低。兩極離子交換板可以通過使用常規(guī)方法制造：使用陽離子和陰離子交換樹脂粉末和聚乙烯粘合劑制造板，并在其上涂敷具有相反極性的混合物。兩極離子交換板具有良好的離子吸附特性，但是具有低離子選擇性和高膜電阻，使得水分解效率下降。為了再生兩極離子交換板，需要向其采用高電壓，這將導致產(chǎn)生熱。

相關(guān)技術(shù)文獻：(專利文獻1)韓國專利公開第2007-0052285號

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

獲得本發(fā)明解決以上述問題，并且本發(fā)明的目的在于提供兩極離子交換板以及其制造方法，所述兩極離子交換板具有出色的機械性能和低電阻，并且可以通過在不使用化學試劑的情況下以電學方式吸附或解吸附離子改進水分解特性。

同時，本發(fā)明的目的不限于上述說明。本發(fā)明的主題可以通過本說明書全文進行理解。應理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員對于理解本發(fā)明的其它主題不存在困難。

技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，兩極離子交換板可包括：陽離子交換膜，其含有陽離子吸附板和在陽離子吸附板的一個表面上形成的陽離子交換涂層；以及陰離子交換膜，其含有陰離子吸附板和在陰離子吸附板的一個表面上形成的陰離子交換涂層，其中陽離子交換膜和陰離子交換膜結(jié)合，以使得陽離子交換涂層可以和陰離子交換涂層接觸。

陽離子吸附板和陰離子吸附板各自可以是擠塑膜。

陽離子吸附板可以包含陽離子交換樹脂粉末和粘合劑，并且陰離子吸附板可以包含陰離子交換樹脂粉末和粘合劑。

陽離子吸附板和陰離子吸附板各自可以是多孔膜。

陽離子吸附板和陰離子吸附板各自的厚度可以是10μm～1,000μm。

陽離子交換涂層可以包含具有陽離子交換基團的聚合物，并且陰離子交換涂層可以包含具有陰離子交換基團的聚合物。陽離子交換涂層和陰離子交換涂層可以包含金屬氫氧化物納米顆粒。

陽離子交換涂層和陰離子交換涂層各自的厚度可以是0.1μm～200μm，并且其厚度還可以為1μm～9μm。

兩極離子交換板可以進一步包括在陽離子交換涂層和陰離子交換涂層之間的水分解催化劑層。

水分解催化劑層可以包含金屬氫氧化物納米顆粒，并且所述金屬氫氧化物納米顆?？梢允沁x自氫氧化鐵和氫氧化鉻中的至少一種。

兩極離子交換板可以進一步具有圍繞陽離子交換涂層和陰離子交換涂層之間邊界的對稱結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，水處理系統(tǒng)可以包括至少一個如上所述的兩極離子交換板。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，制造兩極離子交換板的方法可包括：制造陽離子吸附板和陰離子吸附板；通過將陽離子交換涂敷溶液涂敷在陽離子吸附板的一個表面上以形成陽離子交換涂層、以及通過將陰離子交換涂敷溶液涂敷在陰離子吸附板表面上以形成陰離子交換涂層，分別制造陽離子交換膜和陰離子交換膜；以及將陽離子交換膜和陰離子交換膜結(jié)合，以使得陽離子交換涂層和陰離子交換涂層接觸。

陽離子吸附板和陰離子吸附板各自可以是通過將粘合劑樹脂與陽離子交換樹脂粉末的混合物或者粘合劑樹脂與陰離子交換樹脂粉末的混合物熔融并擠出而制造的擠塑膜。

陽離子交換涂敷溶液和陰離子交換涂敷溶液各自可以包含金屬氫氧化物納米顆粒。

陽離子交換涂敷溶液和陰離子交換涂敷溶液各自的厚度可以是1μm～9μm。

所述方法可以進一步包括在陽離子交換膜和陰離子交換膜中的一個上形成水分解催化劑層。

通過將包含分散在溶劑中的金屬氫氧化物納米顆粒的漿液涂敷到陽離子交換膜和陰離子交換膜中的一個膜上形成水分解催化劑層。所述金屬氫氧化物納米顆?？梢允沁x自氫氧化鐵和氫氧化鉻中的至少一種。

上述針對上文提及問題的技術(shù)方案完全列舉本發(fā)明的所有特征。本發(fā)明的各特征和所獲得的優(yōu)點和效果將參考以下實施例更詳細地進行理解。

有益效果

根據(jù)實施例的兩極離子交換板可以獲得較低的膜電阻，可以顯著增加水分解效率和吸附或解吸附特性，并且可以改進再生效率，甚至以低電壓通過在不使用化學試劑的情況下以電學方式吸附或解吸附離子也可以。

進一步，根據(jù)實施例的兩極離子交換板可以增加離子交換容量，可有具有出色的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性以及耐久性、以及電學特性，并且可以在各種工業(yè)領(lǐng)域例如生產(chǎn)凈水、軟水、工業(yè)用水和超純水中采用和利用。

同時，根據(jù)實施例制造兩極離子交換板的方法可以是工藝簡單的，從而降低制造成本，導致出色的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟可行性。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的兩極離子交換板的截面圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的兩極離子交換板的截面圖；

圖3a～3c是制造如圖1中所說明的兩極離子交換板的方法的實施例的圖；

圖4a～4d是制造如圖2中所說明的兩極離子交換板的方法的另一實施例的圖；

圖5是說明用于評估根據(jù)本發(fā)明實施例和比較例的兩極離子交換板水分解特性的電池的圖；

圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實施例和比較例的兩極離子交換板分解特性的曲線圖。

最佳發(fā)明實施方式

現(xiàn)在將參考附圖進一步詳細說明本發(fā)明的示例性實施方式。然而，本文可以列舉出許多不同的方式，不應被解讀成限定于在此提出的特定實施方式。相反，提供這些實施方式使得說明透徹而完整，能夠向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全地展示本發(fā)明的范圍。在附圖中顯示的形狀或尺寸為了清晰而夸大。

對于上述問題的重復研究，發(fā)明人意識到根據(jù)本發(fā)明實施例的兩極離子交換板，所述兩極離子交換板可以包含：陽離子交換膜，其含有陽離子吸附板和在陽離子吸附板的一個表面上形成的陽離子交換涂層；以及陰離子交換膜，其含有陰離子吸附板和在陰離子吸附板的一個表面上形成的陰離子交換涂層。陽離子交換膜可以和陰離子交換膜結(jié)合，以使得陽離子交換涂層可以和陰離子交換涂層接觸。

下文中，將參考圖1和圖2更詳細地描述根據(jù)實施例的兩極離子交換板。圖1和圖2是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的兩極離子交換板的橫截面示意圖。

如圖1所示，根據(jù)實施例的兩極離子交換板可以具有如下結(jié)構(gòu)：陽離子交換膜100含有陽離子吸附板110和在陽離子吸附板110的一個表面上形成的陽離子交換涂層120；以及陰離子交換膜200，其含有陰離子吸附板210和在陰離子吸附板210的一個表面上形成的陰離子交換涂層220，其中陽離子交換膜100可以和陰離子交換膜200結(jié)合，以便陽離子交換涂層120可以和陰離子交換涂層220接觸。

首先，可以提供陽離子吸附板和陰離子吸附板，以便基本用作兩極離子交換板中吸附和交換陽離子和陰離子功能。陽離子吸附板和陰離子吸附板的材料沒有特別限制，只要它們可以具有該功能即可?？紤]到，有效得到本發(fā)明的效果，可更優(yōu)選陽離子吸附板和陰離子吸附板可以包含離子交換樹脂粉末和粘合劑。

離子交換樹脂粉末可以分別指陽離子交換樹脂粉末和陰離子交換樹脂粉末，并且可以在沒有特別限制的情況下用于在本發(fā)明的實施例中使用，只要它們是常規(guī)用作可以可交換陽離子和陰離子的材料。

例如，陽離子交換樹脂粉末并不限于此，其可以是具有如下陽離子交換基團的離子交換樹脂粉末：例如磺酸基(-so3h)、羧基(-cooh)、膦酸基(-po3h2)、次膦酸基(-hpo2h)、砷基團(-aso3h2)、硒酸基(-seo3h)等。此外，陰離子交換樹脂粉末并不限于此，其可以是具有如下陰離子交換基團的離子交換樹脂粉末：例如季銨鹽(-nh3)、伯胺至叔胺(-nh2,-nhr,-nr2)、季鏻基(-pr4)、叔锍基(-sr3)等。

作為離子交換樹脂粉末，可以使用平均粒徑1μm～500μm的離子交換樹脂粉末。平均粒徑小于1μm的離子交換樹脂粉末會引起制造成本上升，并且可能難以均勻分散，并且相對使用小顆粒，平均粒徑大于500μm的離子交換樹脂粉末可以引起離子交換比表面積顯著降低，以至于大幅降低每單位時間的離子吸附性能?？筛鼉?yōu)選離子交換樹脂粉末的平均粒徑為1μm～100μm。

同時，粘合劑可以在低于或等于離子交換樹脂粉末(例如線型低密度聚乙烯(lldpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、基于聚乙烯(pe)的共聚物、聚丙烯(pp)、乙烯乙烯醇(eva)、乙烯辛烯橡膠(eor)等)的官能團未分解的溫度下熔融，并且粘合劑可以與離子交換樹脂粉末均勻混合，并且可以在沒有特定限制的情況下使用，只要粘合劑可以粘合離子交換樹脂粉末即可。例如，lldpe或eva可用作粘合劑。

粘合劑沒有特別限制，但是可使用顆粒狀樹脂，并且粘合劑可以通過加工為粉末狀進行使用，用于在熔融前與離子交換樹脂均勻混合。作為粘合劑，可使用平均粒徑為1μm～2,000μm、更優(yōu)選1μm～700μm的粘合劑。

此時，當離子交換樹脂粉末與粘合劑混合時，可優(yōu)選粘合劑含量為10wt％～70wt％。當粘合劑含量低于10wt％時，在通過熔融擠出制造擠塑膜時溶體流動性較低，以至于不能容易地制造擠塑膜。當粘合劑含量超過70wt％時，離子交換樹脂粉末可以被聚合物粘合劑完全包圍，使得離子選擇性可降低，并且擠出膜無法具有多孔性，由此增加離子吸附板的電阻。因此，可以降低離子吸附容量，或者可以降低水分解效率。更優(yōu)選，粘合劑樹脂的含量為30wt％～50wt％。

離子吸附板(包括陽離子吸附板和陰離子吸附板，并且除非另有提及，否則下文中以相同含義使用)可優(yōu)選是擠塑膜。在實施例中，離子交換涂敷溶液可以涂敷在離子吸附板上，以形成離子交換涂層，并且離子吸附板可以用作根據(jù)實施例的兩極離子交換板的基材。因此，可以優(yōu)選使用擠塑膜作為離子吸附板，以便離子吸附板可以用作載體。

同時，可以通過使用擠塑膜作為離子吸附板的較容易的工藝制造擠塑膜，并且離子吸附板的制造成本可以顯著降低。離子吸附板可能需要具有固定厚度以確保足夠的離子吸附容量。當由離子交換樹脂溶液制造板時，離子交換樹脂溶液的量可以增加，導致較高的費用。干燥離子交換樹脂溶液是耗時的。在干燥后，離子交換樹脂溶液可以具有硬的物理性能。當以卷的形式卷曲時，已干燥的離子交換樹脂溶液容易破裂。然而，在制造和使用擠塑膜的情況下，該問題得以解決。進一步，離子吸附板可以提供優(yōu)點：可以通過在離子吸附板的一個表面上涂敷溶液形成離子交換涂層(形成為擠塑膜)形成顯著降低的離子交換涂層的厚度。這將在下文更詳細地描述。

通過使用、熔融并擠出如上所述的離子交換樹脂粉末和粘合劑樹脂混合物制造的擠塑膜可以用作離子吸附板。此時，離子吸附板可以是多孔的。離子吸附板可優(yōu)選具有多孔結(jié)構(gòu)，以吸附通過離子交換涂層交換的離子，并且可以降低離子吸附板的膜電阻以增加水分解效率。

同時，陽離子吸附板和陰離子吸附板的厚度沒有特別限制，并且陽離子吸附板和陰離子吸附板可能需要具有它們可用作基材的厚度。例如，考慮到根據(jù)厚度的膜電阻和離子吸附容量，陽離子吸附板和陰離子吸附板各自的厚度可以是10μm～1,000μm更優(yōu)選50μm～500μm。

隨后，如圖1所示，為了在較高離子選擇性和低膜電阻的情況下改進水分解效率，離子吸附板110和210可以具有離子交換涂層120和220(包括陽離子交換涂層和陰離子交換涂層，并且除非另有提及，否則下文中以相同的含義使用)，所述離子交換涂層120和220在離子交換涂層120和220的具有相同極性的表面上。具體地說，陽離子交換涂層120可以在陽離子吸附板110的一個表面上形成，并且陰離子交換涂層220可以在陰離子吸附板210的一個表面上形成。

陽離子交換涂層和陰離子交換涂層可以分別包含具有陽離子交換基團的聚合物、和具有陰離子交換基團的聚合物。各離子交換樹脂聚合物(包括陽離子交換聚合物和陰離子交換聚合物，并且除非另有提及，否則以相同的含義使用)可以在沒有特別限制的情況下在本發(fā)明的實施例中使用，只要它們具有在本發(fā)明所述領(lǐng)域中常規(guī)使用的離子交換基團。

離子交換聚合物并不限于此，其可以是具有如下陽離子交換基團的陽離子交換聚合物：例如磺酸基(-so3h)、羧基(-cooh)、膦酸基(-po3h2)、次膦酸基(-hpo2h)、砷酸基團(-aso3h2)、硒酸基(-seo3h)等；以及具有如下陰離子交換基團的陰離子交換聚合物：例如季銨鹽(-nh3)、伯胺至叔胺(-nh2,-nhr,-nr2)、季鏻基(-pr4)、叔锍基(-sr3)等。

具體地說，例如，離子交換聚合物可以是一種或兩種或更多種選自如下的混合物：聚苯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚苯醚、聚酯、聚酰亞胺、聚醚、聚乙烯、聚四氟乙烯和聚甲基丙烯酸縮水甘油酯，所述離子交換聚合物并不限于此，并且只要可以具有陽離子交換基團和陰離子交換基團就可以使用。

各離子交換聚合物可以溶解于有機溶劑中，以制成涂敷溶液，涂敷在離子吸附板的一個表面上，并隨后干燥。通過該干燥，可以蒸發(fā)有機溶劑。

可以根據(jù)離子交換聚合物類型，選擇并使用合適的有機溶劑作為用于離子交換聚合物的有機溶劑，并且沒有特別限制?？梢允褂眠x自以下的一種、或兩種、或更多種的混合物：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、氯仿、二氯甲烷、三氯乙烯、乙醇、甲醇和正己烷?？梢詢H優(yōu)選使用有機溶劑，其中離子交換板的粘合劑并不溶解。

同時，陽離子交換涂層和陰離子交換涂層的厚度沒有特別限制，并且陽離子交換涂層和陰離子交換涂層分別形成為例如200μm以下(不包括0)。如上所述，可以提供離子交換涂層以進一步改進離子選擇性和水分解效率，并且由于該離子交換涂層的存在，可以充分獲得該效果。然而，當離子交換涂層過厚時，可能發(fā)生膜電阻增加使得水分解效率降低的問題；因此，可以優(yōu)選離子交換涂層的厚度不超過200μm。更優(yōu)選，離子交換涂層的厚度可以為0.1μm至100μm。

更優(yōu)選，離子交換涂層的厚度可形成為1μm至9μm。作為兩極離子交換板，根據(jù)實施例的離子交換涂層可以提供以下功能：在制造兩極離子交換板期間提供離子交換涂層之間的粘附性；以及在具有足夠離子選擇性的同時通過保持低膜電阻來改進水分解效率。因此，為了提供如上所述粘附性，離子交換涂層的厚度優(yōu)選形成為1μm以上。同時，當離子交換涂層的厚度為9μm以上時，在離子交換涂層可以實現(xiàn)兩極離子交換板的最終厚度增加的同時，離子交換涂層可以具有較少的為離子選擇性貢獻額外改進的作用，由此增加成本。

因此，如圖1所示，可以獲得根據(jù)實施例的陽離子交換膜100和陰離子交換膜200，并且根據(jù)實施例的兩極離子交換板可以通過結(jié)合各離子交換膜100和200(包括陽離子交換膜和陰離子交換膜，并且除非另有提及，否則以相同含義使用)制造，以便陽離子交換涂層120和陰離子交換涂層220可以彼此接觸。

在陽離子交換膜和陰離子交換膜之間的結(jié)合中，陽離子交換涂層120和陰離子交換涂層220可以彼此粘附，由此可以形成兩極離子交換板。為了提供該粘附，可以優(yōu)選在具有一定程度粘附性的離子交換涂敷溶液完全干燥前結(jié)合兩層離子交換膜。

如果需要，在加熱和加壓的環(huán)境下進行結(jié)合，并且其環(huán)境沒有特別限制。然而，可以優(yōu)選在通過加熱和加壓，在離子交換聚合物的離子交換基團不會分解的范圍內(nèi)進行結(jié)合。

作為一個實施例，離子交換涂層可以進一步包含與離子交換聚合物一起的用于促進水分解的水分解催化劑?？梢栽跊]有特定限制的情況下使用水分解催化劑，只要其是不溶于水(作為材料)的粉末，并且可以更優(yōu)選水分解催化劑包括金屬氫氧化物納米顆粒。作為水分解催化劑，金屬氫氧化物納米顆粒沒有特別限制，并且可以使用氫氧化鐵(feoh3、feoh2)或氫氧化鉻(croh2)的納米顆粒。

以100重量份的離子交換聚合物為基準，包含在離子交換涂層中的水分解催化劑可以以0.001重量份～0.01重量份的量包含。當添加少于0.001重量份的水分解催化劑時，可能發(fā)生其中通過水分解催化劑引起的水分解效應可能減少的問題。當添加大于0.1重量份的水分解催化劑時，可能會發(fā)生其中干燥時間增加且水分解催化劑可能引起顏色變化的問題。

同時，根據(jù)一個實施例，如圖2所示，兩極離子交換板可以進一步包括在陽離子交換涂層120和陰離子交換涂層220之間的水分解催化劑層300?？梢蕴峁┧纸獯呋瘎?00，以促進水分解，并且可以使用包含于離子交換涂層120和220中的水分解催化劑。

亦即，如實施例所述，在通過向離子交換涂層添加水分解催化劑改進水分解效率的同時，水分解催化劑層可以獨立地形成在離子交換涂層之間。當形成水分解催化劑層時，離子交換涂層可以包含或不包含水分解催化劑。

可以通過將催化劑漿液(含有分散在溶劑中的水分解催化劑納米顆粒)涂敷在陽離子交換膜或陰離子交換膜中一個的表面上，形成水分解催化劑層。例如，當水分解催化劑層形成在陽離子交換涂層表面上時，陰離子交換涂層可以通過陰離子交換涂層的粘附性粘附到水分解催化劑層形成于其上的陽離子交換涂層上。

異丙醇等可以用作溶劑，并且可以通過在干燥離子交換涂層后進行催化劑漿液的噴涂、通過對催化劑漿液干燥、以及通過蒸發(fā)溶劑可以形成由催化劑材料形成的水分解催化劑層。

此時，如果需要，水分解催化劑層的形成可以在加熱和加壓的環(huán)境下進行結(jié)合，并且其條件沒有特別限制。然而，可以優(yōu)選在通過加熱和加壓，離子交換聚合物的離子交換基團不會分解的范圍內(nèi)進行水分解催化劑層的形成。

隨后，可以通過將離子交換膜(具有在其上形成的水分解催化劑層)結(jié)合到離子交換膜(沒有在其上形成的水分解催化劑層、且具有不同極性)上來制造兩極離子交換板，以便在水分解催化劑層作為邊界的情況下離子交換涂敷溶液可以彼此接觸。在結(jié)合中，可以優(yōu)選在用于形成離子交換膜(在其上沒有形成水分解催化劑層)的離子交換涂層的離子交換涂敷溶液在沒有完全干燥的情況下具有一定程度的粘附性時，結(jié)合離子交換膜。

此時，如果需要，在加熱和加壓的環(huán)境下進行結(jié)合，并且其環(huán)境沒有特別限制?？梢詢H優(yōu)選在通過加熱和加壓，離子交換聚合物的離子交換基團不會分解的范圍內(nèi)進行結(jié)合。

根據(jù)一個實施例的兩極離子交換板可包括對稱結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，如圖1所示，對稱結(jié)構(gòu)可以表示基于具有不同極性的離子交換涂層之間的邊界，兩極離子交換板可具有陽離子吸附板-陽離子交換涂層-陰離子交換涂層-陰離子吸附板的結(jié)構(gòu)；并且如圖2所示，對稱結(jié)構(gòu)可以表示基于水分解催化劑層，兩極離子交換板具有陽離子吸附板-陽離子交換涂層-水分解催化劑層-陰離子交換涂層-陰離子吸附板的結(jié)構(gòu)。此時，對稱可以表示各層的堆疊順序和構(gòu)造對應于具有不同極性的各層的堆疊順序和構(gòu)造。

對稱不僅僅限于各層、彼此對應、具有相同的厚度，亦即，陽離子吸附板和陰離子吸附板、以及陰離子交換涂層和陰離子交換涂層并不限于具有彼此相同的厚度。當根據(jù)一個實施例的兩極離子交換板包括大量陽離子在用于使用和處理的水中時，為了去除包含在水中的陽離子，可能需要相當大程度的陽離子交換和吸附容量。這是因為陽離子吸附板和陰離子吸附板的厚度可以不同于陽離子交換涂層和陰離子交換涂層。

下文中，參考圖3和圖4，更詳細地描述兩極離子交換板的制造方法的示例性實施例。在制造方法的以下描述中，與上述提供的描述重疊的重復描述將會被省略。

圖3a～3c是示意說明具有包括離子吸附板和離子交換涂層的結(jié)構(gòu)的兩極離子交換板的制造例的示意圖，并且圖4a～4d是示意說明具有如下結(jié)構(gòu)的兩極離子交換板的制造例的圖：其中水分解催化劑層引入如圖3a～3c結(jié)構(gòu)中的具有兩種極性的離子交換涂層之間。

如圖3a～3c和4a～4d所示，可以提供陽離子吸附板110和陰離子吸附板210(參考圖3a)?？梢酝ㄟ^將離子交換樹脂粉末和聚合物粘合劑混合、隨后熔融并擠出該混合物，提供離子吸附板110和210作為擠塑膜。

隨后，離子交換涂敷溶液可以涂敷在擠塑膜的離子吸附板110和210各自的一個表面上，然后可以干燥以去除有機溶劑，在所述離子交換涂敷溶液中具有相同極性離子交換基團的聚合物溶解在有機溶劑中。因此，可以分別制造離子交換膜100和200，其中離子交換涂層120和220分別形成于離子吸附板110和210的一個表面上(參考圖3b)。

雖然附圖中沒有說明，但是離子交換涂層可以包含由金屬氫氧化物納米顆粒形成的水分解催化劑。

此外，如圖3a～3c所示，兩極離子交換板可以通過如下制造：加壓并結(jié)合各離子交換膜100和200，以便具有各自極性的離子交換涂層可以相互接觸。

同時，如圖4a～4d所示，通過如下方式制造兩極離子交換板：將包含金屬氫氧化物納米顆粒和溶劑的漿液作為水分解催化劑涂敷在陽離子交換膜100的陽離子交換涂層120上，并通過已涂敷的漿液形成水分解催化層300，通過放置陰離子交換膜200的陰離子交換涂層220以接觸水分解催化劑層300，然后，加壓并結(jié)合陰離子交換涂層220和水分解催化劑層300。

根據(jù)上述各實施例，可以在不使用化學試劑的情況下制造能夠以電學方式吸附和解吸附離子的兩極離子交換板。

發(fā)明實施方式

實施例

下文中，將參照實施例更詳細地描述本發(fā)明。

實施例1

制造例1：多孔陽離子吸附板的制造

為了制造多孔陽離子吸附板，陽離子交換樹脂(trilitecmp28,三陽公司(samyangcorporation))以1,700rpm的轉(zhuǎn)速用氣流粉碎機(airjetmill)(型號名稱：netsch-condux，netsch公司)粉碎，以制備平均粒徑2.5μm(最大10.2μm)的陽離子交換樹脂粉末。

通過用球磨機使用40wt％的平均粒徑400μm的lldpe粉末相對60wt％的陽離子交換樹脂粉末制造混合物。此時，lldpe和陽離子交換樹脂粉末用鋯球和聚乙烯(塑料)罐混合24小時。

通過如下方式制造多孔陽離子吸附板：將具有20cm×20cm內(nèi)部空間和200μm的厚度的不銹鋼間隔物(spacer)放置于兩塊25cm×25cm大小的不銹鋼板之間，在不銹鋼間隔物之間均勻鋪展6g混合物，并用熱壓機在150℃加熱該混合物10分鐘。

制造例2：多孔陰離子吸附板的制造

為了制造多孔陰離子吸附板，陰離子交換樹脂(triliteamp28,三陽公司(samyangcorporation))以1,700rpm的轉(zhuǎn)速用氣流粉碎機(airjetmill)(型號名稱：netsch-condux，netsch公司)粉碎，以制備平均粒徑3.7μm(最大13.1μm)的陰離子交換樹脂粉末。

通過用球磨機使用40wt％的平均粒徑400μm的lldpe粉末相對60wt％的陰離子交換樹脂粉末制造混合物。此時，lldpe和陰離子交換樹脂粉末用鋯球和聚乙烯(塑料)罐混合24小時。

通過如下方式制造多孔陰離子吸附板：將具有20cm×20cm內(nèi)部空間和200μm的厚度的不銹鋼間隔物(spacers)放置于兩塊25cm×25cm大小的不銹鋼板之間，在不銹鋼間隔物之間均勻分布6g混合物，并用熱壓機在150℃加熱混合物10分鐘。

制造例3：在多孔陽離子吸附板上形成陽離子交換涂層

基于100重量份的聚醚醚酮(peek)(450pf，dict，韓國)，在圓底四頸燒瓶中將peek溶解于10重量份的硫酸(98％)中，然后在80℃氮氣氣氛下，在攪拌的同時進行24小時的磺化反應，導致在-5℃添加蒸餾水的情況下沉淀聚合物。

磺化peek形成的陽離子交換樹脂通過重復三次如下工藝進行制造：在真空烘箱中于80℃干燥所述沉淀的聚合物，將沉淀的聚合物溶解在二甲基乙酰胺(dmac)中，并在甲醇中對沉淀的聚合物進行再次沉淀，從而去除殘留的硫酸，并且對獲得的沉淀的聚合物進行干燥。

固體含量20wt％的陽離子交換涂敷溶液通過將干燥的磺化peek(speek)添加到dmac中進行制造。

此后，通過如下方式制造多孔陽離子交換膜：用刮棒涂布機將陽離子交換涂敷溶液(10μm)涂敷在制造例1中制造的多孔陽離子吸附板上，并在真空烘箱中于50℃干燥該已涂敷的陽離子交換涂敷溶液12小時，以形成陽離子交換涂層。

制造例4：水分解催化劑層的形成

催化劑層通過如下方式形成：將分散在異丙醇中的氫氧化鐵(fe(oh)3)納米顆粒噴涂到多孔陽離子交換膜(在其上形成制造例3中制造的陽離子交換涂敷溶液的涂層)的陽離子交換涂層表面，并干燥納米顆粒。

制造例5：在多孔陰離子吸附板上形成陰離子交換涂層

通過將0.1wt％的過氧化苯甲酰、引發(fā)劑添加到0.5mol的苯乙烯、1.5mol的甲基丙烯酸甲酯和2.0mol的乙烯基芐基氯的混合溶液中，使得在80℃彼此反應24小時，從而制備聚合物配混物，所述聚合物配混物溶解在二甲基甲酰胺(dmf)中，然后在室溫下與1.5mol的三甲基氯化銨(tma)反應，從而沉淀或分離甲醇，然后在室溫下在真空中干燥，由此配制陰離子交換樹脂。

固體含量20wt％的陰離子交換涂敷溶液通過將配制的(compounded)陰離子交換樹脂添加到dmac中進行制備。

此后，通過如下方式制造在其上形成陰離子交換涂層的陰離子交換膜：用刮棒涂布機將陰離子交換涂敷溶液(10μm)涂敷在制造例2中制造的多孔陰離子吸附板上，并在真空烘箱中于50℃干燥該已涂敷的陽離子交換涂敷溶液30分鐘。

所獲得的陰離子交換膜具有以下狀態(tài)：其中涂敷在陰離子吸附板上的陰離子交換涂層不具有流動性但是具有粘性。

兩極離子交換板的制造

具有催化劑層的兩極離子交換板通過如下方式制造：堆疊具有制造例4中制造的陽離子層的陽離子交換膜、以及在制造例5中制造的陰離子交換膜，以使得形成于陽離子交換膜上的催化劑層和形成在陰離子交換膜上的陰離子交換涂層相互接觸，并且在70℃對已堆疊的陽離子交換膜和陰離子交換膜進行輥壓，然后在真空烘箱中于50℃干燥該已堆疊的陽離子交換膜和陰離子交換膜12小時。

實施例2

陽離子交換膜可以按照與實施例1中相同的方式制造，不同的是：相對于100重量份的speek，0.01重量份的氫氧化鐵納米粉末添加到陽離子交換涂敷溶液中，根據(jù)實施例1中的制造例3將該溶液涂敷到陽離子吸附板上。

陰離子交換膜可以按照與實施例1中相同的方式制造，不同的是：相對于100重量份的配制的陰離子交換樹脂，0.01重量份的氫氧化鐵納米粉末添加到陰離子交換涂敷溶液中，根據(jù)實施例1的制造例5將其涂敷到陰離子吸附板上。

具有催化劑層的兩極離子交換板通過如下方式制造：堆疊陽離子交換膜以及陰離子交換膜，以使得形成于陽離子交換膜上的陽離子交換涂層和形成在陰離子交換膜上的陰離子交換涂層相互接觸，并且在70℃對已堆疊的陽離子交換膜和陰離子交換膜進行輥壓，然后在真空烘箱中于50℃對已堆疊的陽離子交換膜和陰離子交換膜干燥12小時。

比較例1

兩極離子交換板通過如下方式制造：堆疊在制造例3和5中制造的陽離子交換膜以及陰離子交換膜，以使得各離子交換涂層相互接觸，并且在70℃對已堆疊的陽離子交換膜和陰離子交換膜進行輥壓，然后在真空烘箱中于50℃對已堆疊的陽離子交換膜和陰離子交換膜干燥12小時。

試驗例：水分解特性的確認

如圖5所示，實施例1和2和比較例1的兩極離子交換板的水分解特性使用2-隔室的非流動電池進行評估。此時，0.5mnacl溶液用作電解質(zhì)，有效膜面積為0.785cm²，并且所施加的電流密度為ma/cm²。如圖6所示，為了確認通過水分解產(chǎn)生的氫氧根離子的濃度，測定ph隨時間的變化，并且水分解膜電位用使用一對ag/agcl參比電極的數(shù)字萬用表測定。

由圖6可以看出，比較例1的兩極離子交換板(非催化劑bmp)具有高水平的水分解電壓，約8v，但是實施例1和2的兩極離子交換板(催化劑bpm)具有非常低的水分解電壓，約3.7v。還可以看出，與具有水分解特性的商用兩極膜(bp-1e，日本阿斯頓公司(japanastomcorporation))相比，實施例1和2的兩極離子交換板(催化劑bpm)具有較低水平的水分解電壓。因此，可以確認，制造了具有出色水分解特性的兩極離子交換板。

比較例2

兩極離子交換板可以按照與實施例1中相同的方式制造，不同之處分別是：在實施例1的制造例3中分別形成厚度為0.05μm的陽離子交換涂層和陰離子交換涂層，來制造陰離子交換膜。

比較例1中獲得的兩極離子交換板表示陽離子和陰離子交換膜并沒有牢固粘結(jié)。確定陽離子交換膜和陰離子交換膜的粘附并不夠，這是因為離子交換涂層的厚度薄。

雖然上文已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的示例性施方式，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下可以進行各種修改和變化。

100:陽離子交換膜

110:陽離子吸附板

120:陽離子交換涂層

200:陰離子交換膜

210:陰離子吸附板

220:陰離子交換涂層

300:水分解催化劑層