[其他]双极膜及其制造方法

说明书

本发明涉及双极膜，它特别适用于电渗析水裂解工艺。

双极膜的效用业已为人们所知，它们能整流交流电、改善脱盐工艺、作为某些生物膜的模拟体、以及从盐中电渗析酸和碱时用来裂解水。其中后一性能是极其有用的，借此可使各种各样可溶性盐通过采用双极膜的电渗析设备而处理成工业上有用的酸和碱。

文献中业已报道了由各种不同方法制备的双极膜。例如，借助热和压力，或粘结浆料，使附在惰性基体上的，带有相反电荷的离子交换树脂所形成的两张膜粘结在一起，从而制备双极膜（参见美国专利2，829，095）。美国专利3，372，101和英国专利1，038，777也揭示了一种通过加热和加压而使阴、阳离子交换膜一起熔化，以形成双极膜的方法。也有人描述了在阳离子变换膜上涂以阴离子聚电解质糊，然后使其固化，以得到双极膜。此外，美国专利3，388，080和3，654，125，以及最近的美国专利4，024，043、4，057，481和4，140，815已揭示了用单张聚合物膜来制备双极膜的方法，亦即使其选择性地起作用，在膜的一边呈现选择性的阳离子交换功能，而另一边呈现选择性的阴离子交换功能。

美国专利4，116，889中所描述的双极膜显示出良好的机械强度，能在高电流密度下运行。具有高选择渗透性、低电位降、以及稳定的性能。正如上述专利文献所揭示的那样，制备低电位降双极膜的重要因素是阳、阴离子交换膜层之间的紧密接触程度。接触程度必须如此控制，以至膜层之间的相互贯穿不至达到在膜的阳、阴离子选择渗透部分之间产生高阻层的程度。由所揭示的方法产生的双极膜包含分散在聚合物基体中的离子交换树脂，而该基体带有与离子交换树脂电荷相反的离子团。使用含有交联物质（离子交换树脂）的聚合物基体将使相互贯穿程度限制在产生优质双极膜所必需的程度。欧洲专利（EPA）0，143，582中揭示了另一种制备双极膜的方法，该膜有一个交界层，该层由附在基体聚合物中的离子交换树脂构成，而所说基体聚合物带有与离子交换树脂电荷相反的离子团。虽然美国专利4，116，889中揭示了一些影响双极膜性能的因素，但迄今为止对于有助于提高双极膜稳定性、选择渗透性和降低电位降的许多其他因素仍未见揭示。

本发明人业已发现了许多特性，它们对制备高稳定性、高选择渗透性和低电位降的双极膜是至关重要的。

因此，本发明的双极膜包括阴离子选择渗透部分、阳离子选择渗透部分、以及介于它们之间的交界层，后者包括有阳离子交换树脂分散在其内的基体聚合物，所说聚合物还包含季胺或非季胺基团，在温度约为30℃的0.5MNa₂SO₄溶液中，而电流密度为109毫安/平方厘米时，双极膜的电压降小于1.2伏。

改进的双极膜也包括一个阴离子选择渗透部分、一个阳离子选择渗透部分、以及介于它们之间的区域，该区域包含聚合物的反应产物所形成的基体材料，及离子交换树脂，其中所说聚合物含有浓度约为1.2-3.9毫克当量/克的苄基卤和胺，所说反应产物包括从聚合物的卤甲基基团衍生得到的季铵基团，而所说离子交换树脂所带的电荷与季铵基的电荷相反。

本发明的双极膜之特点也在于具有一个阴离子选择渗透层、一个交界层、以及一个基本上无铵基的阳离子选择渗透层，其中所说阴离子选择渗透层包含聚（苯乙烯-乙烯基苄基卤）共聚物的交联反应产物，且基本上无阳离子交换树脂，而所说共聚物含有约18%-60%（以重量计）的乙烯基苄基卤和胺，所说交联反应产物包括季铵基团;所说交界层包含：（1）聚（苯乙烯-乙烯基苄基卤）共聚物的交联反应产物，其中所说共聚物含有约30%-60%的乙烯基苄基卤和二元胺，（2）分散在交联反应产物中的阳离子交换树脂。

本发明的目在也在于提供这样一种双极膜，它包含：（1）阴离子选择渗透层，其离子交换容量约为1-2毫克当量/克，并含有季胺基团;（2）界面层，它对Na⁺的离子交换容量约为1-3毫克当量/克，并含有季胺基团和弱碱性离子交换基团;（3）阳离子选择渗透层，其离子交换容量约为1-1.6毫克当量/克。

按照本发明的双极膜，其特点进一步在于：（1）离子交换容量约为1-2毫克当量/克的阴离子选择渗透层;（2）包含基体材料和离子交换树脂的界面层，它对Na⁺和Cl^-的离子交换容量均为约1-3毫克当量/克;（3）离子交换容量约为1.3-1.6毫克当量/克的阳离子选择渗透层。