[发明专利]一种阳离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明涉及阳离子交换膜及其制备方法，本发明提供一种阳离子交换膜及其制备方法，该膜具半互穿网络结构，以微孔膜为支撑材料，膜孔隙内填充功能聚合物，功能聚合物含由烯丙氧基苯磺酸吡啶盐或烷基烯丙氧基苯磺酸吡啶盐聚合形成的结构，该膜的制备方法包括以下步骤：（1）单体制备步骤，即，将对羟基苯磺酸钠与3‑卤代丙烯或3‑卤代2‑烷基丙烯反应，获得的产物进一步与吡啶盐酸盐反应得到单体溶液；（2）成膜步骤，即，将单体溶液与交联剂、引发剂和共聚单体混合形成制膜液，使制膜液充入微孔膜支撑材料的孔隙，升温使发生聚合反应，得到阳离子交换膜。该膜适用于电渗析过程。

技术领域

本发明涉及一种阳离子交换膜及其制备方法，具体涉及一种具有半互穿网络结构，以微孔膜为支撑材料，膜孔隙内填充功能聚合物的阳离子交换膜及其制备方法，功能聚合物含由烯丙氧基苯磺酸吡啶盐或烷基烯丙氧基苯磺酸吡啶盐聚合形成的结构，该膜适用于电渗析过程。

背景技术

离子交换膜可分为阴离子交换膜（简称为阴膜）和阳离子交换膜（阳膜）；阴膜的高分子骨架带正电荷，常为季铵基团，能够选择透过阴离子，阻挡阳离子通过；阳膜的高分子骨架带负电荷，常为磺酸基团，能够选择透过阳离子，阻挡阴离子通过。电渗析过程以离子交换膜为核心，阴膜和阳膜交替排列并由隔板间隔，以电势梯度为驱动力，可用于脱除水溶液的盐分（淡化）或者浓缩水溶液的盐分（制盐），具体的应用包括各种化工/食品/医药生产过程中的物料脱盐、苦咸水淡化、天然水纯化、工业废水净化、海水淡化、海水或卤水制盐等。

离子交换膜可由不同方法制备。比如，离子选择性膜可以通过聚合物功能基化而制备。期刊《Journal of Membrane Science》第22卷第325页的研究论文描述了一种在聚砜（polyethersulfone）高分子链引入功能基团制备阳离子选择性膜的方法，该方法先配制聚砜溶液，然后加入氯磺酸进行磺化反应，溶液涂敷在网布上，干燥后即得到阳离子选择性膜。期刊《International Journal of Hydrogen Energy》第42卷第17229页的研究论文描述了一种在聚砜高分子链引入功能基团制备阴离子选择性膜的方法，该方法先配制聚砜溶液，然后进行氯甲基化反应和胺化反应，溶液涂敷在网布上，干燥后即得到阴离子选择性膜。

离子选择性膜也可以通过有机单体聚合而制备。文献号为S39-27861的日本专利文件描述了一种涂浆法生产基于苯乙烯单体的离子选择性膜的方法，该方法首先将聚氯乙烯粉末加到由苯乙烯、二乙烯苯（交联剂）、邻苯二甲酸二辛脂（增塑剂）和过氧化二苯甲酰（引发剂）组成的单体混合物中制成浆液；该浆液通过特制的膜合成设备涂抹在聚氯乙烯纱网上，后置于密闭反应器中进行聚合反应获得基膜；将基膜氯甲基化和胺化制得阴离子选择性膜，将基膜磺化制得阳离子选择性膜。中国专利CN102134327B采用含聚乙烯和聚辛烯共混的合金膜做基底膜，然后浸吸苯乙烯、二乙烯苯和过氧化苯甲酰单体，然后加压加热聚合制得基膜，最后将基膜在浓硫酸中磺化制得阳离子交换膜。中国专利CN101352657B以苯乙烯或/和烷基苯乙烯为单体，以二乙烯苯为交联剂，以过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈为引发剂，以溴甲基化聚(1，4－二甲基－2，6－苯撑氧)或氯乙酰化聚(1，4－二甲基－2，6－苯撑氧)为高分子增强剂，配制成均匀溶液在增强织物上涂膜，聚合所得基膜再在浓硫酸和氯磺酸的混合酸里磺化获得阳离子交换膜。中国专利CN102814125B以聚偏氟乙烯为膜基体材料，先将它溶解后再与苯乙烯、交联剂充分混合，得到均相的高分子溶液，随后热引发交联共聚，再经过高分子物理加工处理，得到聚苯乙烯/聚偏氟乙烯复合粉末，然后借鉴强酸性阳离子交换树脂的磺化方法制备出阳离子交换粉末，最后用异相阳离子交换膜的热压成型方法制得阳离子交换膜。