[发明专利]一种用于扩散渗析的基于聚醚砜的多孔交联阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于扩散渗析的基于聚醚砜的多孔交联阴离子交换膜的制备方法。该方法将氯甲基化聚醚砜溶解于有机溶剂中形成均匀的铸膜液，将铸膜液在基体上涂膜，随后通过无溶剂致相转化法制得氯甲基化聚醚砜多孔基膜。将多孔基膜浸泡于乙二胺溶液中交联改性后，再将多孔交联膜浸泡于1‑甲基咪唑溶液中进行季铵化，赋予多孔基膜一定的交联程度和荷电量，从而制得高性能、适用于扩散渗析的多孔交联阴离子交换膜。本发明采用无溶剂致相转化法制备的多孔膜具有特殊的微观结构，膜内存在薄的致密选择层和厚的指状孔支撑层，使膜内具有充足的自由空间体积，降低组分的传输阻力，提高酸渗析系数和酸处理效率，能够满足大规模扩散渗析酸回收应用需求。

技术领域

本发明属于离子交换膜技术领域，具体涉及一种用于扩散渗析的基于聚醚砜的多孔交联阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

近年来，工业的迅速发展给环境带来了巨大压力。采矿、金属精炼、电镀、刻蚀等行业产生了大量的含有金属离子的废酸。若将废酸直接排放，不仅会严重污染环境、损害水源，还会造成有价值资源的巨大浪费。传统的废酸处理方法有中和法、低温结晶法、溶剂萃取法和高温分解法，但以上方法存在诸多弊端，如能耗较高、耗费大量碱性物质和溶剂、产生严重二次污染等。扩散渗析作为一种有前景的废酸处理技术，具有能耗低、操作简便、过程绿色无污染的优点。但扩散渗析处理废酸的大规模应用仍然受到酸处理效率低下的限制，这主要是作为扩散渗析核心部件的阴离子交换膜的酸渗析系数较低造成的。以商业膜DF-120为例，将其应用于扩散渗析HCl/FeCl₂体系回收HCl，酸渗析系数仅为0.0085 m/h，分离系数为18.5，这是由于DF-120致密的膜结构阻碍了组分的传输。为解决这一问题，制备一种膜内具有充足自由空间体积的阴离子交换膜，通过降低组分传输阻力从而提高酸渗析系数，对废酸处理及资源化回收利用具有重大意义。

荷兰《分离纯化技术》(Separation and Purification Technology 164 (2016)125–131)公开了一种适用于扩散渗析的阴离子交换膜的制备方法。首先将4-溴甲基苯甲酸与吡啶在室温下搅拌12 h以制备阴离子交换前驱体，之后将聚乙烯醇溶解于二甲基亚砜中加热至90 ℃搅拌4 h形成均匀溶液，降温至65 ℃后加入不同质量分数的阴离子交换前驱体，混合搅拌1 h后加入盐酸完成酯化反应，反应16 h后，通过滴定计算酯化度后向混合物中加入0.2 g正硅酸乙酯继续反应8 h。最后将铸膜液浇铸在玻璃板上经过烘干和热处理，得到微观结构致密的阴离子交换膜。室温下将该阴离子交换膜于HCl (1 mol/L)/FeCl₂(0.2 mol/L)体系中进行扩散渗析实验回收HCl，最终测试结果酸渗析系数为0.0128-0.0188 m/h，分离因子为22.27-71.35。

荷兰《分离纯化技术》(Separation and Purification Technology 178 (2017)269–278)公开了一种适用于扩散渗析的阴离子交换膜的制备方法。首先将2-甲基甲胺、甲酸和甲醛混合于70 ℃下搅拌18 h以制备2-二甲氨基甲基吡啶，再将所得2-二甲氨基甲基吡啶与11-溴-1-十一醇在四氢呋喃中40 ℃下反应24 h，得到QUDAP产物。采用溶胶-凝胶法制备阴离子交换膜，将聚乙烯醇溶解于二甲基亚砜中90 ℃加热搅拌得到均相溶液，降温至60 ℃后加入盐酸和一定数量的QUDAP，最后加入0.3 g正硅酸乙酯，继续60 ℃下反应24 h得到铸膜液。将铸膜液浇铸在玻璃板上经过烘干和热处理后得到微观结构致密的阴离子交换膜。室温下将该阴离子交换膜于HCl (1 mol/L)/FeCl₂(0.2 mol/L)体系中进行扩散渗析实验回收HCl，最终测试结果膜最高酸渗析系数为0.0222 m/h，分离因子为42.00-54.00。