[发明专利]单价选择性阳离子交换膜

说明书

公开了一种单价选择性离子交换膜。该膜包括聚合物微孔基底、在基底的表面上的交联的离子转移聚合物层和通过丙烯酸基团共价地结合至离子转移层的带电荷的官能化层。还公开了一种生产单价选择性阳离子交换膜的方法。该方法可以包括将包含氯磺化的甲基丙烯酸酯基团的丙烯酸中间层化学吸附到在聚合物微孔基底的表面上的交联的离子转移聚合物层，使氯磺化的甲基丙烯酸酯基团胺化以附接胺基团层，以及用带电荷的化合物层将胺基团层官能化以产生阳离子交换膜。还公开了包括单价选择性阳离子交换膜的水处理系统和促进水处理的方法，该方法包括提供单价选择性阳离子交换膜。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2018年9月27日提交的标题为“MonovalentSelective Cation Exchange Membrane”的美国临时申请序列第62/737,373号、2018年9月25日提交的标题为“Cation Exchange Membrane Through UV InitiatedPolymerization”的美国临时申请序列第62/736,176号和2019年6月14日提交的标题为“Exchange Membrane Preparation by UV Light Polymerization”的美国临时申请序列第62/861,608号的优先权，这些美国临时申请中的每一个为了所有目的通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本文公开的方面和实施方案总体上涉及离子交换膜，并且更具体地，涉及单价选择性离子交换膜。

概述

根据一个方面，提供了一种生产单价选择性阳离子交换膜的方法。该方法可以包括将包含氯磺化的甲基丙烯酸酯基团的丙烯酸中间层化学吸附到在聚合物微孔基底的表面上的交联的离子转移聚合物层。该方法可以包括使氯磺化的甲基丙烯酸酯基团胺化以将胺基团层附接至聚合物微孔基底的表面。该方法可以包括用带电荷的化合物层将胺基团层官能化以产生单价选择性阳离子交换膜。

该方法可以包括通过暴露于紫外(UV)光使丙烯酸中间层聚合。

在一些实施方案中，该方法可以包括将2-(甲基丙烯酰氧基)-乙基磺酰氯化学吸附到在聚合物微孔基底的表面上的交联的离子转移聚合物层。

该方法可以包括用PEI使2-(甲基丙烯酰氧基)-乙基磺酰氯胺化。

该方法可以包括用具有至少600g/mol的分子量的支化PEI使2-(甲基丙烯酰氧基)-乙基磺酰氯胺化。

该方法可以包括用带正电荷的基团将胺基团层官能化。

该方法可以包括用带正电荷的铵将胺基团层官能化。

该方法还可以包括用包含离子生成单体(ionogenic monomer)、多官能单体和聚合引发剂的溶液浸泡聚合物微孔基底，以产生交联的离子转移聚合物层。

根据另一个方面，提供了单价选择性离子交换膜。该单价选择性离子交换膜可以包括聚合物微孔基底。该单价选择性离子交换膜可以包括在基底的表面上的交联的离子转移聚合物层。该单价选择性离子交换膜可以包括通过丙烯酸基团共价地结合至交联的离子转移聚合物层的带电荷的官能化层。

在一些实施方案中，膜可以具有约20μm至约155μm的总厚度。膜可以具有约25μm至约55μm的总厚度。

丙烯酸基团可以是甲基丙烯酸酯基团。

单价选择性离子交换膜可以是阳离子交换膜。带电荷的官能化层可以是带正电荷的官能化层。

在一些实施方案中，带正电荷的官能化层可以包含磺酸基团、羧酸基团、季铵基团和水解成带正电荷的铵的叔胺基团中的至少一种。

单价选择性膜可以是阴离子交换膜。带电荷的官能化层可以是带负电荷的官能化层。