[发明专利]一种离子交换膜及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种离子交换膜及其制备方法。所述离子交换膜包括基底和包埋有过渡金属催化剂的聚合物膜层。本发明创造性地提出在离子交换膜中包埋催化剂，使用过程中在电场作用下，诱导离子交换膜上负载的催化剂电解水，产生‑OH等强氧化剂使废水中难降解的有机物分解为易生物降解的小分子或二氧化碳和水，可以有效提高膜的抗污染能力。同时本发明制备的离子交换膜制备方法简便，制备过程环保，原料易得，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于膜制备技术领域，具体涉及一种离子交换膜及其制备方法与应用。

背景技术

随着国家环保政策力度的不断加大及各企业环保意识的增强，石油炼化、煤化工等企业含盐废水“零排放”是一种大的趋势。电渗析(Electrodialysis，ED)是利用离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，在直流电场的作用下，使阴阳离子发生定向迁移，从而达到电解质从溶液中分离出来的过程。在电场作用下，浓室溶液中的离子不断被浓缩而淡室溶液中的离子不断被淡化，从而达到分离目的。电渗析的能耗低，且预处理要求不高，设备简单，处理含盐废水时有独特优势。均相膜浓水TDS可达到180～200g/L，吨盐电耗约200kWh，相对蒸发工艺吨水投资成本较低。因此电渗析技术被广泛应用在化工、冶金、造纸、纺织、炼化等高盐工业废水的处理。

离子交换膜是电渗析装置的核心组成部分。在现行的电渗析技术中由于离子交换膜污染引起的电阻上升和电渗析性能下降仍然是电渗析所面临的最严重的问题之一。膜污染可分为胶体污染、有机污染、无机污染和生物污染等，其中有机污染是最难清洗的过程(中国专利CN107570017A和CN108479405)。电催化膜是一种近年来发展的一种新型水处理分离膜，具有膜分离和电催化降解的双重功能。在电场作用下，诱导膜上负载的催化剂电解水，产生OH等强氧化剂使废水中难降解的有机物分解为易生物降解的小分子或二氧化碳和水，可以有效提高膜的抗污染能力。但抗污染能力仍然有待提高。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，提供了一种具有催化功能的离子交换膜及其制备方法。所述方法创造性地通过在催化剂表面引入聚多巴胺介导层来增强催化剂与聚合物的结合作用，将催化剂包埋在离子交换膜中，在电场作用下，诱导离子交换膜上负载的催化剂电解水，产生OH等强氧化剂使废水中难降解的有机物分解为易生物降解的小分子或二氧化碳和水，可以有效提高膜的抗污染能力。

根据本发明的第一方面，本发明提供的离子交换膜包括基底和包埋有过渡金属催化剂的聚合物膜层。

根据本发明的一些实施方式，所述聚合物膜层中的聚合物包括聚多巴胺和聚乙烯及其衍生物。

根据本发明的一些实施方式，所述过渡金属催化剂包埋于所述聚多巴胺层中。

本发明中所述“包埋”指的是膜层中的聚合物将所述过渡金属催化剂包裹起来，优选所述过渡金属催化剂被聚多巴胺包裹。

应当理解的是，本发明中所述的离子交换膜包括包埋有过渡金属催化剂的聚合物膜层，指的是本发明的离子交换膜中的大部分优选90％左右的过渡金属催化剂是包埋于聚合物膜层中的，但也有少量的催化剂并未完全包埋。

根据本发明的一些实施方式，所述过渡金属催化剂选自过渡金属氧化物催化剂和过渡金属硫化物催化剂中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述过渡金属催化剂选自二氧化钛、硫化镉、三氧化二铁、二氧化锰和四氧化三铁中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述基底选自玻璃板和支撑布中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述支撑布选自无纺布、尼龙网布、聚丙烯网布、聚氯乙烯网布和涤纶网布中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述支撑布的厚度为0.05-0.25mm。

根据本发明的一些实施方式，所述支撑布的孔径为0.02-0.10mm。