[发明专利]一种高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜及其制备方法，所述高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜是由结构如式(I)所示的、数均分子量Mn＝40000～100000的高侧链密度含氟聚芳醚制成，式(I)中，R＝x和100‑x分别代表两种链节所占的摩尔百分比为x％和(100‑x)％，x＝10～100。所述制备方法包括：(1)制备式(II)所示的含氟聚芳醚化合物；(2)将含氟聚芳醚化合物上的‑CH₃溴化转变为‑CH₂Br，得到改性含氟聚芳醚；(3)改性含氟聚芳醚化合物和式(III)所示的1‑咪唑‑6‑甲基咪唑盐反应得到高侧链密度含氟聚芳醚；(4)浇铸成膜。本发明制备的高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜具有优异的离子传导率、良好的化学稳定性和高单价阴离子选择性。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜及其制备方法，属于膜技术领域。

背景技术

利用普通电渗析技术进行海水浓缩制取食盐工艺中，单价阴离子Cl^–(或单价阳离子Na⁺)向浓室迁移的同时，多价阴离子如SO₄^2-、CO₃^2-等(或多价金属阳离子Mg²⁺、Ca²⁺等)也向浓室迁移，当浓缩室中CaSO₄、CaCO₃等浓度高于其盐的溶度积后，便形成沉淀并沉积于膜表面，增加了膜面电阻，导致电流效率降低、能耗显著增加，甚至引起烧膜现象，若将普通电渗析膜堆中的离子交换膜进行部分替换或另添置单价选择性离子膜构建选择性电渗析，阻隔多价阴离子SO₄^2–、CO₃^2–等而允许单价离子，Cl^–有效浓缩反渗透浓海水制得高纯度盐，并同时解决难溶盐在膜表面结垢的问题。

分离混盐体系中同电性但不同价态离子是电渗析技术重要的实际应用。针对特定的待分离混盐体系，单价选择性离子膜的选择至关重要。但目前国内绝大部分商业离子膜产品为异相膜，主要是用于初级水处理等对离子纯度要求相对较低的分离领域。发展新型可商业化的高选择性离子膜，既能减少对国外产品的依赖，也可满足国内工业上的实际需求，具有重要的现实意义。

对于单价选择性阴离子膜，国内外研究者根据孔径筛分效应(水合离子半径差异)、静电排斥效应(离子荷电量的差异)或离子水合能差异(离子Gibbs水合能的差异)的分离机理，采用多种策略进行了相关研究。

目前有制取单价选择性阴离子膜主要有以下报告：

一、利用聚电解质表面修饰阴离子交换膜，该方法能提高膜表面致密度，通过孔径筛分原理提高膜的选择性，但其结构类似于“双极膜”，改性皮层与基膜间主要由范德华力作用结合，且当施加的电压高于膜本身的水解离电压时，改性层的脱落导致电渗析应用过程中性能的显著衰减，缩短了选择性离子膜的使用寿命；二、在膜表面引入致密荷电层，如“三明治”结构等，起到孔径筛分或静电排阻作用，但同时增加了膜的面电阻，因而降低了离子的通量并增加了电渗析过程的能耗；三、制备均相单价选择性阴离子交换膜，与表面改性单价选择性阴离子膜相比较，以上均相结构离子膜在结构稳定性、阴离子渗透选择性等方面具有一定的优势。但由于亲水导电基团直接与疏水主链相连，亲水基团抑制了疏水主链之间的相互作用，通常导致较高的吸水率或溶胀率而降低了膜的尺寸稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高侧链密度含氟聚芳醚阴离子交换膜，其由结构如式(I)所示的高侧链密度含氟聚芳醚制成：所述高侧链密度含氟聚芳醚的数均分子量Mn＝40,000～100,000；