[发明专利]一种磁场可控阳离子交换膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粒子交换膜制备技术领域，特别涉及一种磁场可控阳离子交换膜制备方法。

背景技术

离子交换树脂是一类显示离子交换功能的功能高分子材料。根据骨架结构进行分类,离子交换树脂可分两大类:凝胶型树脂和大孔型树脂。第一类是在引发剂存(过氧化二苯甲醜、偶氮二异了腊)在的条件下将苯乙婦和二乙締基苯混合液通过自由基悬浮聚合制备具有交联网状结构的共聚高分子球。这种聚合球体是透明状态的,无孔的凝胶型树脂。第二类大孔离子交换树脂是凝胶型树脂为基础而发展的一种新型结构的树脂。这类大孔离子交换树脂的特点是不论在干树脂还是在湿树脂的状态下,整个树脂内部都存在着很多大孔结构和孔道,具有高比表面积。因此,与凝胶型离子交换树脂相比,大孔树脂在离子交换过程中,交换的离子很容易在树脂内外扩散迁移,离子交换速度较快,工作效率较高。离子交换树脂的主要性质和类别取决于树脂中功能基团的种类。根据离子交换树脂所带活性基团的性质,可分为强酸阳离子交换树脂、弱酸阳离子交换树脂、强碱阴离子交换树脂、弱碱阴离子交换树脂、其他交换树脂。

强酸性阳离子交换树脂被广泛地应用在硬水软化和工业废水处理中。其处理工业废水的主要优点是大水处理量,高交换量,能除去各种不同的离子,出水水质好,可回收有用物质,便于实现自动化,可再生性好,循环利用率高,运行费用较低(前期投入费用较大)等。这不不仅可W治理污染、保护环境,而且可回收各种物质和资源,化害为利,变废为宝,实现了社会效益、环境效益和经济效益的有效统一。

强酸性离子交换树脂的制备分为两个过程,一是合成高分子共聚物骨架苯乙稀-二乙稀基苯(PS-DVB),二是在骨架上引入横酸功能基团。在常规的生产工艺中,交联的苯乙帰树脂骨架就是使苯乙締和交联剂二乙蹄苯通过悬浮聚合的方法,共聚成巧状物(白球),再用浓硫酸处理白球,得到横酸型强酸性阳离子交换树脂。PS-DVB骨架的合成主要有两种方法:第一种是苯己痛(St)和二乙婦苯(DVB)在水相中进行悬浮,单次交联,即使含有引发剂(比如BPO、A出N),苯乙稀(St)和交联剂二乙稀(DVB)、分散剂(明胶,PVA,甲基纤维素)、致孔剂(大孔型),在适当的揽拌下,有机相分散成大小合适的珠体,然后加热到一定的温度,引发剂分解而引发聚合,得到珠体状的PS-DVB共聚物Ps’w’ni。这种方法己经很成熟,相关文献资料很容易查到。由于这种方法存在油相单体与水相之间比表面张力不同,攒拌浆剪切应力空间分布不均匀等问题产出的共聚物白球粒度差异大,并且会有部分白球粒度不符合生产的标准要求。这样不仅会提高生产成本、能耗,造成资源浪费,还会导致环境污染。第二种方法是互贯聚合法。其实这种聚合方法是悬浮聚合的延伸,即将具有一定交联程度的苯己婦/二古締基苯(PS/DV巧共聚物,在相同交联度的单体中溶胀,使混合单体浸入共聚物骨架内部后再聚合,实现两个相互独立网络的贯穿和缠绕。虽然这种方法制备的离子交换树脂的实际交联度低于对应的一次悬浮聚合法合成珠体的实际交联度,但其表观交联度则明显较髙。与第一种一步聚合成球法相比,使用相同量的二乙帰基(DVB)作为交联剂的条件下,由于第一次聚合后的网格空间被第二次漫入单体的共聚物交联的网络占据,因此互贯聚合工艺制备的聚合物白球性能好,密度增大,刚性增强,珠体合格率高,工作交换容量高。将合成好的PS-DVB在经过横化剂浓硫酸橫化可得到横酸型强酸性阳离子交换树脂也可用发烟硫酸、氯横酸和H氧化硫作为横化剂,得到横化度更高的强酸性阳离子交换树脂旦是,这种工艺中虽然第二种方法比悬浮聚合有一定的优点,但是都必须经过横化过程。但是当浓硫酸为横化剂的反应,通常需要过量硫酸(用量是树脂的3倍)才能反应完全,并且反应生成的水对磯化作用有负面影响且反应时间较长,反应温度较高,有时还需要逐步升温。大孔型的树脂横化速度快于凝胶型的,但是横化的效率并不是很高。他也做了白球横酸度的研究,横酸官能团在球的骨架上的分布是不均匀的,外部的基团多于内部的,这对树脂的交换容量有很大的影响。此外,横化结束后需要用浓酸逐步的稀释,若稀择速度过快,会产生树脂急剧膨胀而导致球体破裂等情况,后处理工作量较大,后续清洗工作比较繁琐。