[发明专利]一种共聚物膜材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种共聚物膜材料的制备方法及应用，包括以下步骤：步骤(1)：将聚偏氟乙烯加入碱溶液中进行碱处理，得到碱处理后的聚偏氟乙烯，即碱化PVDF单体；步骤(2)：将碱化PVDF单体、含磺酸基和/或磺酸盐基的可聚合单体、反应助剂于溶剂中混合，进行聚合反应，得到共聚物膜材料。本发明的共聚物膜材料具有离子交换基团，成膜后无需再引入离子交换基团，本发明的共聚物膜材料制成阳离子交换膜，克服了磺化过程中磺化率低的问题，提高了离子交换容量、拉伸强度和脱盐性能。

技术领域

本发明属于聚合物膜材料技术领域，具体涉及一种共聚物膜材料的制备方法 及应用。

背景技术

淡水资源是社会发展的基本要素，广泛应用于农业生产、饮用水和工业生产 过程中。然而目前淡水资源严重匮乏，饮用水约占全球总水量的0.5％左右。绝大 部分的水分布在海洋中，但是由于海水的含盐量过高无法直接饮用。随着世界人 口的增长，淡水资源的短缺已经成为许多国家需要面对的问题。电渗析技术具有 运行成本低、操作简单、脱盐率高、能耗低、使用寿命长等优点，因此被广泛应 用于海水淡化。离子交换膜具有独特的离子交换能力，被广泛应用于电渗析实验 中。

中国专利CN109316979A提供了一种制备阳离子交换膜的方法，将PVDF与 苯乙烯溶解在二甲基亚砜后，共混制膜；再经浓硫酸磺化后，引入离子交换基团 (-SO₃^-)。中国专利CN106994304A则通过辐照在PVDF膜表面接枝苯乙烯，然 后利用浓硫酸对膜进行磺化制备阳离子交换膜。

由于上述现有技术方案所使用的实验材料不具备离子交换基团，因此成膜后 需要在膜中引入离子交换基团，从而大大增加了工业化难度；且上述过程需要使 用浓硫酸对膜进行处理，增加了实验的危险性和难度。

目前，市售离子交换膜依赖于进口，且价格昂贵，另外还存在离子交换容量 (IEC)低、稳定性差的问题。因此，开发一种工艺简单安全、成本低廉及性能 优良的离子交换膜具有重要现实意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是，市售离子交换膜价格昂贵，离子交换容量(IEC) 低，稳定性差，制备方法复杂且存在安全隐患。

基于此，本发明为解决上述一个或多个技术问题，提出以下技术方案：

本发明提供一种共聚物膜材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将聚偏氟乙烯加入碱溶液中进行碱处理，得到碱处理后的聚偏 氟乙烯，即碱化PVDF单体；

步骤(2)：将碱化PVDF单体、含磺酸基和/或磺酸盐基的可聚合单体、反 应助剂于溶剂中混合，进行聚合反应，得到共聚物膜材料。

本发明还提供上述制备方法获得的共聚物膜材料在制备离子交换膜中的应 用。

在某些实施例中，本发明的步骤(1)的碱处理过程，可以用如下的一个反 应式来表达：

其中，式I代表PVDF，式II代表At-PVDF。

在本发明的某些实施例中，本发明的步骤(2)的聚合反应的过程，可以用 如下的一个反应式来表达：

如前所述，目前市售离子交换膜依赖于进口、价格昂贵、离子交换容量(IEC) 低、稳定性差；现有的制备阳离子交换膜的方法由于所使用的实验材料不具备离 子交换基团，因此成膜后需要在膜中引入离子交换基团，从而大大增加了工业化 难度，并且其过程需要使用浓硫酸对膜进行处理，增加了实验的危险性和不可操 作性。鉴于此，本发明人对于阳离子交换膜及其制备方法进行了大量的研究。