[发明专利]一种用于逆电渗析技术的季胺型阴离子交换膜、制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种用于逆电渗析技术的季胺型阴离子交换膜、制备方法及其应用，属于逆电渗析技术领域。首先，将聚环氧氯丙烷、1,4‑二氮杂二环[2,2,2]辛烷和聚丙烯腈分别配制成单一溶液，并按比例混合后得到铸膜液。其次，将铸膜液作脱泡处理后进行真空干燥，并在氮气保护下进行预反应。最后，将预反应后的铸膜液取出并浇铸在光滑的平板或具有微结构的模板上，加热浇待溶剂完全蒸发后，使膜自然冷却至室温，得到产品。本发明季胺型阴离子交换膜是专为逆电渗析技术设计，具有厚度小、面电阻低和选择透过性高的特点，可有效提升逆电渗析电堆的，能量转换能力；能够避免氯甲基过程中有毒物质的使用，安全环保；制备方法简单易行。

技术领域

本发明属于逆电渗析技术领域，涉及一种用于逆电渗析技术中季胺型阴离子交换膜、制备方法及其应用。

背景技术

逆电渗析技术是一种基于聚合物电解质膜技术将浓、稀两股工作溶液的盐度梯度转换为电势，并进而驱动末端产生电能、或氢氧等气体的技术。其基本工作原理是：在逆电渗析电池堆内交替布置阴、阳离子交换膜，形成溶液流道。受浓度梯度驱动，在浓溶液流道中的阴、阳离子会分别通过阴、阳离子交换膜迁移到相邻的稀溶液流道中，于是在电池堆内形成离子流。累积膜电位后，再通过两端电极处发生的氧化和还原反应，将离子迁移内电流转换为外电路直流电输出；或直接促使电解反应，产氢氧或氯气输出。离子交换膜作为逆电渗析电堆的核心组成部分，其性能与成本对整体装置来说至关重要。

目前，逆电渗析技术中所使用的离子交换膜大多是专为正向电渗析技术(即电渗析技术)所设计的商业膜，诸如Selemion系列、Neosepta系列、Fumasep系列等。其一，商业离子交换膜价格昂贵，通常价格在上千元每平方米以上；其二，离子交换膜作为逆电渗析电池堆的核心部件，如果不能自主掌握，有“卡脖子”风险；其三，最重要的是由于逆电渗析与电渗析在工作原理和应用方向上有所不同，两种技术对膜性能的需求也不尽相同。逆电渗析中，离子交换膜的工作环境相对温和，因此，膜的机械强度无需很高，厚度也可以更薄，内阻有降低的可能。此外，若逆电渗析技术应用于高浓度盐溶液时，还需要求离子交换膜具有较高的离子交换容量；以及逆电渗析系统的工作溶液既可能是天然海水-河水，也可能是人工配置的各类一价离子化合物，可见在离子种类和浓度方面都要求更宽的适用范围。因而专门研发匹配于逆电渗析技术的离子交换膜具有重要意义。

阴离子交换膜是固定电荷基团带正电的聚合物电解质膜，其选择性地仅允许带负电的阴离子通过。商业中，常见的阴膜是带有季胺基(-NR₃⁺)的强碱性阴离子交换膜。该阴离子交换膜的制备通常包括氯甲基化和季胺化两个过程，但是，氯甲基化过程中氯甲基的位置和数量难以控制，并且过程常用的氯甲醚、双氯甲醚等为剧毒致癌物，严重危害人体健康。因此，选择使用含天然氯甲基的聚合物原料，探寻一种更安全、更可控的制备方法尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明采用含有天然氯甲基的聚合物——聚环氧氯丙烷，提供一种高性能的季胺型阴离子交换膜及其制备方法，以提升逆电渗析电堆的性能，推进逆电渗析技术发展。

聚环氧氯丙烷是一种含有天然氯甲基的线性高分子聚合物，具有较好的稳定性和成膜性能。采用1,4-二氮杂二环[2,2,2]辛烷作交联剂，聚丙烯腈作为支撑物以提升膜的机械性能，可制备满足逆电渗析技术需求的阴离子交换膜。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于逆电渗析技术的季胺型阴离子交换膜，所述季胺型阴离子交换膜是由聚环氧氯丙烷(PECH)、1,4-二氮杂二环[2,2,2]辛烷(DABCO)和聚丙烯腈(PAN)制成。将聚环氧氯丙烷侧链的氯甲基基团与1,4-二氮杂二环[2,2,2]辛烷交联，形成以二者交联网络为骨架，支撑材料聚丙烯腈分布其中的致密均相膜。该膜外观呈黄色。

一种用于逆电渗析技术的季胺型阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

第一步，配制铸膜液。