[发明专利]离子交换剂、其制法及离子交换过滤设备和电去离子设备

说明书

相关申请

本申请要求于2012年4月6日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0036319的优先权和权益，其全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

公开了离子交换剂、制造其的方法、以及包括其的离子交换过滤设备和电去离子设备。

背景技术

使用离子交换膜选择性地渗透阳离子和阴离子的分离技术包括：电渗析(ED)方法和电去离子(EDI)方法。根据最初的水的离子浓度，当离子浓度高时，使用电渗析方法，且当离子浓度低时，使用电去离子方法。为了降低可能产生得高的电阻和减少由浓差极化产生的质子和氢氧根离子，用于处理低离子浓度的电去离子方法使用可促进离子转移的离子交换树脂。

离子交换树脂由于其珠状形状而不容易处理，并且去除效率可由于流速、有效反应面积等的减少而降低，所述流速、有效反应面积等的减少可由所述离子交换树脂在操作期间由于重力引起的偏倾(partial tilting)而导致。进一步地，由于对通过效率(throughput efficiency)的影响可根据离子交换树脂的装填密度(charge density)而变化，因此重要的是以恒定的密度安装离子交换树脂，这是不可能的。

为了克服离子交换树脂的缺点，正在开发各种离子传导性隔离物(spacer)。作为离子传导性隔离物的例子，提出了离子交换纤维。离子交换纤维可通过如下制备：使用各种辐射源在聚合物基材(例如使用UV、等离子体等在基于聚烯烃的聚合物基材如聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯-聚乙烯共聚物等)上产生自由基，以及当从所述自由基开始起接触能聚合的单体时，在发生新的聚合反应的同时，形成带支链的共聚物。离子交换纤维具有如下优点：重量轻，以及具有方便的过滤器制备和快的离子交换速度。如果将离子交换纤维应用于电去离子设备，可获得高的渗透系数，并且可克服反应效率随时间的降低。然而，离子交换纤维具有纤维本身的体积大和装填密度低(离子交换容量低)的限制。

为了弥补离子交换纤维的缺点，已提出了复合过滤器，其中使用溶剂型粘合剂将具有高的离子交换容量的离子交换树脂颗粒与离子交换纤维组合。例如，将由网状(reticular)聚氨酯泡沫形成的骨架基材用粘合剂(例如，基于丙烯酰基的、基于氨基甲酸酯的、基于乙酸乙烯酯等的粘合剂)浸渍，并将离子交换树脂附着于所述骨架基材，以制备离子交换过滤设备。然而，当所述粘合剂覆盖离子交换树脂颗粒时，离子交换容量可降低，而且制造方法由于粘合剂的使用而是复杂的。

虽然存在在骨架基材如网状聚氨酯泡沫等中引入离子交换官能团的尝试，但是存在低的离子交换容量的问题。

发明内容

本发明的一个实施方案提供离子交换剂，该离子交换剂由于不使用粘合剂带来的高密度装填而具有高离子交换容量和高渗透系数。

本发明的另一个实施方案提供制造所述离子交换剂的方法。

本发明的又一个实施方案提供包括所述离子交换剂的离子交换过滤设备和电去离子设备。

根据本发明的一个实施方案，提供离子交换剂，其包括：开孔(open cell)聚合物载体(support)；和装填在该开孔载体中的微孔聚合物基质，其中所述微孔聚合物基质包括离子传导性聚合物，该离子传导性聚合物通过使具有至少一个离子交换官能团和至少一个能交联的官能团的单体与具有至少两个能交联的官能团的交联剂聚合而获得。

所述开孔聚合物载体可具有大于或等于约70%的孔隙率。

所述开孔聚合物载体可具有大于或等于约45ppi的孔尺寸(泡孔尺寸，cell size)。

所述开孔聚合物载体可包括选自以下的聚合物：聚氨酯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚脲、聚醚、聚异氰脲酸酯、及其组合。

可以基于所述离子交换剂的总量的约3wt%-约50wt%的量包括所述开孔聚合物载体。

所述开孔聚合物载体可进一步包括离子交换官能团。

所述离子交换官能团可包括：阳离子交换官能团，例如磺酸基团、磷酸基团、羧酸基团、亚氨基二乙酸基团、磷酸酯基团等；阴离子交换官能团，例如季铵基团、叔氨基基团、伯氨基基团、亚胺基团、叔锍基团、磷基团、吡啶基基团、咔唑基基团、咪唑基基团等；或者两性离子交换官能团，例如甜菜碱、磺基甜菜碱等。