[发明专利]一种具有单价选择分离功能的阳离子交换膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于离子交换膜技术领域，特别涉及的是一种具有一、多价离子选择分离功能的阳离子交换膜制备方法。

背景技术

历经半个多世纪的发展，离子交换膜已广泛应用于液体分离、浓缩与提纯等领域。伴随着社会的进步与经济的发展，对离子交换膜性能则提出了更高的要求。例如，在湿法冶金、水处理、海洋资源综合利用等领域，往往希望离子交换膜能够实现不同价态离子的选择性分离。综合文献来看，膜对离子的选择性分离往往借助孔径筛分、膜与不同离子间的亲和力差异以及膜与不同离子间的静电作用差异而实现。其中，研究最深入、应用最广泛的选择性离子交换膜的制备多源于后者。

美国化学会期刊Journal of Physical Chemistry B（2005, 109, 14085-14092）和爱思维尔期刊Journal of Membrane Science （2006，280，210–218）分别报道了首先将苯胺、吡咯等吸附于阳离子交换膜表面，进而利用 (NH₄)₂S₂O₈, FeCl₃, H₂O₂, and KIO₃等氧化剂引发上述改性单体在膜表面的聚合，从而在荷负电的膜基体表面形成一正电荷层获得改性膜。对H⁺、Na⁺、Ca²⁺、Zn²⁺等体系分离的实验结果表明，改性膜对一二价阳离子选择性分离效果明显。但改性材料价格较高，而且环境不友好是上述制备方法的使用受到了很大限制。

 美国化学会期刊Langmuir（2004, 20, 4989-4995）报道了将阳离子交换膜表面的磺酸基团顺序经过氯磺化、胺化、质子化等反应，进而在膜表面形成一荷正电薄层的膜改性方法。对H⁺/ Zn²⁺分离的实验结果表明该改性膜具有显著的一多价离子选择性。显然，该方法中接枝反应复杂，难于控制，工业化推广使用难度很大。

爱思维尔期刊Separation and Purification Technology（2002，29，79–87）报道了利用聚乙烯亚胺在阳离子交换膜表面的吸附或电沉积形成一正电荷层来改性商品化阳离子交换膜，并用于H⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺体系的分离，也表现出不错的选择性分离效果。显然，采用该方法得到的改性层与基膜之间仅存在较弱的物理作用，容易脱落，导致改性膜使用寿命较短。

我们曾在爱思维尔期刊Journal of Membrane Science (2008,319,5-8)报道了利用季胺化壳聚糖在阳离子交换膜表面电沉积形成一荷正电薄层来改性商品化阳离子交换膜，应用于H⁺/Zn²⁺体系的分离，表现出不错的选择性分离效果。然而，由该方法所得膜的缺陷也是显而易见的。首先，利用改性分子与膜孔显著的尺寸差异而在电场力的作用下使改性分子电沉积于膜表面，所以改性层与基膜间的相互作用仅为静电力等物理作用，这无疑是较弱的。于是，改性层在倒极或溶液冲刷等苛刻工况下容易脱落，从而丧失一/多价选择分离性能；其次，以季胺化壳聚糖直接用作膜改性材料，在电沉积于膜表面的过程中分子间的静电排斥作用致使改性层难以做到真正致密。显然，致密程度不佳大小将显著影响实现一、多价离子选择分离所赖以存在的静电排斥作用和孔径筛分作用。

综合相关资料可见，目前单价选择性阳离子交换膜的制备存在着制备工艺较繁锁，改性材料种类有限，价格高昂，环境不友好，而且选择分离性能的寿命有限等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性材料来源广泛、价格低廉、制备工艺简单、环境友好、选择分离性能显著、使用寿命长的具有单价选择分离功能的阳离子交换膜制备方法。

本发明所述的具有单价选择分离功能的阳离子交换膜的制备方法,其特征在于包括以下步骤：

（1）对常规阳离子交换膜表面实施粗糙化处理；