[发明专利]一种双极性膜及制备方法

说明书

本发明提供一种双极性膜及制备方法，采用与传统不同的双极性膜制备工艺、制备原料及流程，通过含浸、聚合、磺化及季铵化反应四步制得双极性膜。该制备方法所生产的双极性膜避免了具有毒性的甲基化过程，简化了制备工艺，并降低了工艺上的复杂性，从而极大的提高了工艺的可控性；同时，本发明提供的一种双极性膜的制备方法所制备的双极性膜还具备与现有其他双极性膜相当的交换容量及跨膜电压，对膜片厚度及均匀性的控制也更为容易。

技术领域

本发明属于膜分离材料技术领域，尤其是涉及一种双极性膜及制备方法。

背景技术

随着电渗析法在海水、苦咸水脱盐制备饮用水，有机化合物脱盐纯化，工业废水处理再利用等领域的广泛使用，对离子交换膜的研究和创新逐渐成为了该方法发展的核心和热点。

现有的广为人知的双极性膜制备方法是美国专利US4，024，043所公开的用聚乙烯薄膜为底膜的双极性膜的制备方法。该法是采用高密度聚乙烯薄膜，超高分子量聚乙烯薄膜为基底膜，浸入苯乙烯，二乙烯苯(交联剂)和过氧化苯甲酰(引发剂)组成的溶液中，在70-90℃高温下浸泡10分钟到1小时，取出，两面夹铝箔，然后夹在两块平板玻璃之间，加压，加热聚合得基膜。基膜内的聚苯乙烯含量在15％-45％范围。接着将基膜的一侧面在含2.5％无水四氯化锡的氯甲醚中进行氯甲基化反应，得氯甲基膜，再用25％的三甲胺丙酮溶液进行季铵化反应，制得强碱性双极性膜。但该方法制得的双极性膜含浸率及交换容量不高，面电阻偏高。

CN102068919公开了一种双极性膜的制备方法，使用聚乙烯和乙烯与辛烯共聚物弹性体二元共混的合金膜或聚乙烯和乙烯与辛烯共聚物弹性体和聚异丁烯橡胶三元共混的合金膜做基底膜；将基底膜浸在苯乙烯，二乙烯苯和过氧化苯甲酰的溶液中，将含浸膜加压，加热聚合得基膜；将基膜在含无水四氯化锡的氯甲醚溶液中氯甲基化得氯甲基膜，接着将氯甲基膜在三甲胺水溶液中季铵化，得双极性膜。该方法弥补了US4，024，043方法中的缺陷，但两种方法均使用了氯甲醚溶液进行甲基化反应，不仅步骤繁杂，而且氯甲醚的剧毒性和致癌性都对人和环境造成极大伤害。

发明内容

本发明的第一个目的在于，提供一种双极性膜的制备方法，该方法工艺简单，操作复杂性及危险系数低，其制备的双极性膜在具备高交换容量低面电阻的特点的同时，还避免了制备过程中所接触到的毒性。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种双极性膜的制备方法，其特征在于：所述双极性膜的制备方法包括：

-将基底膜含浸在氯甲基苯乙烯、二乙烯苯和引发剂的溶液中，以使溶液中的单体浸入膜内；

-将含浸后的基底膜用聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或片材覆盖加紧，并进行加热加压聚合；

-将聚合后的基底膜的一侧面在浓硫酸或氯磺酸中加热磺化，形成双极性膜的阳面膜；

-将聚合后的基底膜的另一侧面含浸在胺类水溶液中进行季铵化反应得到双极性膜的阴面膜；

从而得到具有阳面膜和阴面膜的双极性膜。

本发明采用上述技术方案的同时，还可以采用或者组合采用以下技术方案：

优选地，所述基底膜为聚氯乙烯薄膜或者聚丙烯苯乙烯类弹性体二元共混薄膜。

优选地，所述聚氯乙烯薄膜为聚氯乙烯树脂与增塑剂共混挤出的薄膜，增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂，聚氯乙烯树脂与增塑剂的质量比例为100:20-45。

优选地，所述聚丙烯苯乙烯类弹性体二元共混薄膜为聚丙烯颗粒或粉末与苯乙烯类弹性体颗粒共混，且聚丙烯颗粒或粉末含量为40-80％。

优选地，所述氯甲基苯乙烯、二乙烯苯和引发剂的溶液中，氯甲基苯乙烯用量的质量百分比为60-95％，二乙烯苯用量的质量百分比为4.5-35％。