CN101601976B - 一种均相阴离子交换膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种均相阴离子交换膜及其制备方法,它涉及离子交换膜及其制备方法。它解决了现有制备非均相阴离子交换膜的工艺严重污染环境,产品离子选择透过性差、电化学性能差及抗污染能力差的问题。本发明均相阴离子交换膜由聚砜、聚四氟乙烯、环氧氯丙烷、乙基乙烯醇、催化剂和有机溶剂制成。方法:一、称取原料;二、向有机溶剂中加聚砜和聚四氟乙烯混合后得浆状液;三、加环氧氯丙烷、乙基乙烯醇和催化剂混合脱泡得铸膜液;四、制膜,脱膜后风干;五、膜放入三甲胺溶液中浸渍,清洗后,再放入HCl溶液中浸渍,清洗后即得。本发明不污染环境,膜的抗污染能力提高了,离子选择透过系数高达0.94~0.96,膜电导率较非均相膜增加了10%。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子交换膜及其制备方法。
背景技术
由于离子交换膜本身结构和性能的多样性,再加之制造方法的多变性,致使离子交换膜的品种繁多。目前,以非均相阴离子交换膜为主,这类膜从结构上来讲,是离子交换树脂分散在粘合剂中,因而具有不连续的特征,且当粘合剂是绝缘体时,膜的电阻较大,导电性下降;为了改进膜的导电性,可在粘合剂中引入交换基团,但是由于离子交换树脂和作为粘合剂的高分子材料是性质上不同的物质,因而由子膨胀收缩不一样,在两者的接触面上容易脱开,产生间隙,从而导致离子选择透过性的下降(离子选择透过系数仅为0.82~0.89),且膜的电化学性能差,在使用中易受污染,其抗污染能力差。另外,目前制备非均相阴离子交换膜常采用“先聚合-后氯甲基化-再胺化”的工艺,但是存在氯甲基化反应中,含有易挥发的氯甲醚、甲醛和氯化氢等有毒物质,严重污染环境。
发明内容
本发明目的是为了解决现有制备非均相阴离子交换膜的工艺严重污染环境,产品离子选择透过性差、电化学性能差及抗污染能力差的问题,而提供一种均相阴离子交换膜及其制备方法。
本发明均相阴离子交换膜按重量百分比由2%~10%的聚砜、2%~10%的聚四氟乙烯、4.9%~15%的环氧氯丙烷、1%~5%的乙基乙烯醇、0.1%~1%的催化剂和60%~90%的有机溶剂制成;其中催化剂为BF3和Et2O(乙醚)的混合溶液,且BF3和Et2O按质量比1∶2混合,BF3的浓度为0.04mg/m3,Et2O为无水乙醚;有机溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
制备均相阴离子交换膜的方法按以下步骤实现:一、按重量百分比称取2%~10%的聚砜、2%~10%的聚四氟乙烯、4.9%~15%的环氧氯丙烷、1%~5%的乙基乙烯醇、0.1%~1%的催化剂和60%~90%的有机溶剂;二、向称取的有机溶剂中加入称取的聚砜和聚四氟乙烯,均匀混合后得浆状液;三、向浆状液中加入称取的环氧氯丙烷、乙基乙烯醇和催化剂,均匀混合后,静置脱泡,得铸膜液;四、在60~80℃的真空烘箱内将铸膜液加热6~12h,然后置于20~30℃的环境中在玻璃板上制成膜,冷却后放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上自动脱落,再将膜自然风干;五、在室温至60℃的条件下将膜放入质量浓度为5.0%~30%的三甲胺溶液中浸渍24~72h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍12~24h后用去离子水清洗,即得均相阴离子交换膜;其中步骤一中催化剂为BF3和Et2O的混合溶液,且BF3和Et2O按质量比1∶2混合,BF3的浓度为0.04mg/m3,Et2O为无水乙醚;步骤一中有机溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
本发明中制备均相阴离子交换膜,避免了使用易挥发的有毒物质,操作过程安全,成膜工艺简单、易于工业化,具有广泛的应用前景。本发明中均相阴离子交换膜较非均相膜的机械性能好,提高了膜的抗污染能力,离子交换容量提高了5%,离子选择透过系数高达0.94~0.96,膜电导率较非均相膜增加了10%。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式均相阴离子交换膜按重量百分比由2%~10%的聚砜、2%~10%的聚四氟乙烯、4.9%~15%的环氧氯丙烷、1%~5%的乙基乙烯醇、0.1%~1%的催化剂和60%~90%的有机溶剂制成;其中催化剂为BF3和Et2O的混合溶液,且BF3和Et2O按质量比1∶2混合,BF3的浓度为0.04mg/m3,Et2O为无水乙醚;有机溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是均相阴离子交换膜按重量百分比由6%的聚砜、10%的聚四氟乙烯、10%的环氧氯丙烷、3%的乙基乙烯醇、0.5%的催化剂和70.5%的有机溶剂制成。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中聚四氟乙烯的分子量为100000~300000道尔顿。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是均相阴离子交换膜按重量百分比由10%的聚砜、9%的聚四氟乙烯、5%的环氧氯丙烷、4%的乙基乙烯醇、0.5%的催化剂和71.5%的有机溶剂制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式制备均相阴离子交换膜的方法按以下步骤实现:一、按重量百分比称取2%~10%的聚砜、2%~10%的聚四氟乙烯、4.9%~15%的环氧氯丙烷、1%~5%的乙基乙烯醇、0.1%~1%的催化剂和60%~90%的有机溶剂;二、向称取的有机溶剂中加入称取的聚砜和聚四氟乙烯,均匀混合后得浆状液;三、向浆状液中加入称取的环氧氯丙烷、乙基乙烯醇和催化剂,均匀混合后,静置脱泡,得铸膜液;四、在60~80℃的真空烘箱内将铸膜液加热6~12h,然后置于20~30℃的环境中在玻璃板上制成膜,冷却后放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上自动脱落,再将膜自然风干;五、在室温至60℃的条件下将膜放入质量浓度为5.0%~30%的三甲胺溶液中浸渍24~72h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍12~24h后用去离子水清洗,即得均相阴离子交换膜;其中步骤一中催化剂为BF3和Et2O的混合溶液,且BF3和Et2O按质量比1∶2混合,BF3的浓度为0.04mg/m3,Et2O为无水乙醚;步骤一中有机溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
本实施方式中用去离子水清洗的次数为2~8次。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中按重量百分比称取6%的聚砜、10%的聚四氟乙烯、5%的环氧氯丙烷、5%的乙基乙烯醇、1%的催化剂和73%的有机溶剂。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中按重量百分比称取8%的聚砜、6%的聚四氟乙烯、11%的环氧氯丙烷、4%的乙基乙烯醇、0.6%的催化剂和70.4%的有机溶剂。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式五或六不同的是步骤四中在65℃的真空烘箱内将铸膜液加热8h,然后置于24℃的条件下在玻璃板上制成膜。其它步骤及参数与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤四中在75℃的真空烘箱内将铸膜液加热10h,然后置于28℃的条件下在玻璃板上制成膜。其它步骤及参数与具体实施方式七相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤五中在30℃下将膜放入质量浓度为20%的三甲胺溶液中浸渍24h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍16h后用去离子水清洗。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤五中在50℃下将膜放入质量浓度为10%的三甲胺溶液中浸渍48h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍24h后用去离子水清洗。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十一:本实施方式制备均相阴离子交换膜的方法按以下步骤实现:一、按重量百分比称取8%的聚砜、6%的聚四氟乙烯、10%的环氧氯丙烷、4%的乙基乙烯醇、1%的催化剂和71%的有机溶剂;二、向称取的有机溶剂中加入称取的聚砜和聚四氟乙烯,均匀混合后得浆状液;三、向浆状液中加入称取的环氧氯丙烷、乙基乙烯醇和催化剂,均匀混合后,静置脱泡,得铸膜液;四、在60℃的真空烘箱内将铸膜液加热12h,然后置于20℃的环境中在玻璃板上制成膜,冷却后放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上自动脱落,再将膜自然风干;五、在室温的条件下将膜放入质量浓度为5.0%的三甲胺溶液中浸渍72h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍12h后用去离子水清洗,即得均相阴离子交换膜;其中步骤一中催化剂为BF3和Et2O的混合溶液,且BF3和Et2O按质量比1∶2混合,BF3的浓度为0.04mg/m3,Et2O为无水乙醚;步骤一中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
本实施方式中所得均相阴离子交换膜经测试,离子选择透过系数为0.94。
具体实施方式十二:本实施方式制备均相阴离子交换膜的方法按以下步骤实现:一、按重量百分比称取4%的聚砜、6%的聚四氟乙烯、15%的环氧氯丙烷、5%的乙基乙烯醇、0.5%的催化剂和69.5%的有机溶剂;二、向称取的有机溶剂中加入称取的聚砜和聚四氟乙烯,均匀混合后得浆状液;三、向浆状液中加入称取的环氧氯丙烷、乙基乙烯醇和催化剂,均匀混合后,静置脱泡,得铸膜液;四、在75℃的真空烘箱内将铸膜液加热10h,然后置于30℃的环境中在玻璃板上制成膜,冷却后放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上自动脱落,再将膜自然风干;五、在35℃的条件下将膜放入质量浓度为20%的三甲胺溶液中浸渍48h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍16h后用去离子水清洗,即得均相阴离子交换膜;其中步骤一中催化剂为BF3和Et2O的混合溶液,且BF3和Et2O按质量比1∶2混合,BF3的浓度为0.04mg/m3,Et2O为无水乙醚;步骤一中有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺。
本实施方式中所得均相阴离子交换膜经测试,离子选择透过系数为0.95。
具体实施方式十三:本实施方式制备均相阴离子交换膜的方法按以下步骤实现:一、按重量百分比称取5%的聚砜、10%的聚四氟乙烯、8%的环氧氯丙烷、5%的乙基乙烯醇、1%的催化剂和71%的有机溶剂;二、向称取的有机溶剂中加入称取的聚砜和聚四氟乙烯,均匀混合后得浆状液;三、向浆状液中加入称取的环氧氯丙烷、乙基乙烯醇和催化剂,均匀混合后,静置脱泡,得铸膜液;四、在80℃的真空烘箱内将铸膜液加热10h,然后置于25℃的环境中在玻璃板上制成膜,冷却后放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上自动脱落,再将膜自然风干;五、在60℃的条件下将膜放入质量浓度为30%的三甲胺溶液中浸渍24h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍15h后用去离子水清洗,即得均相阴离子交换膜;其中步骤一中催化剂为BF3和Et2O的混合溶液,且BF3和Et2O按质量比1∶2混合,BF3的浓度为0.04mg/m3,Et2O为无水乙醚;步骤一中有机溶剂为二甲亚砜。
本实施方式中所得均相阴离子交换膜经测试,离子选择透过系数为0.96,比非均相阴离子交换膜的离子交换容量提高了5%。
本实施方式中所得均相阴离子交换膜经测试,膜厚d=0.57mm,交换容量Am=1.23毫克当量/克,含水率Wm=30%,比电导率κ=2.7×10-3欧姆-1厘米-1,比非均相阴离子交换膜的电导率增加了10%,膜的电化学性能好。
Claims (10)
1.均相阴离子交换膜,其特征在于均相阴离子交换膜按重量百分比由2%~10%的聚砜、2%~10%的聚四氟乙烯、4.9%~15%的环氧氯丙烷、1%~5%的乙基乙烯醇、0.1%~1%的催化剂和60%~90%的有机溶剂制成;其中催化剂为BF3和Et2O的混合溶液,且BF3和Et2O按质量比1∶2混合,BF3的浓度为0.04mg/m3,Et2O为无水乙醚;有机溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺;制备均相阴离子交换膜的方法按以下步骤实现:一、按重量百分比称取2%~10%的聚砜、2%~10%的聚四氟乙烯、4.9%~15%的环氧氯丙烷、1%~5%的乙基乙烯醇、0.1%~1%的催化剂和60%~90%的有机溶剂;二、向称取的有机溶剂中加入称取的聚砜和聚四氟乙烯,均匀混合后得浆状液;三、向浆状液中加入称取的环氧氯丙烷、乙基乙烯醇和催化剂,均匀混合后,静置脱泡,得铸膜液;四、在60~80℃的真空烘箱内将铸膜液加热6~12h,然后置于20~30℃的环境中在玻璃板上制成膜,冷却后放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上自动脱落,再将膜自然风干;五、在室温至60℃的条件下将膜放入质量浓度为5.0%~30%的三甲胺溶液中浸渍24~72h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍12~24h后用去离子水清洗,即得均相阴离子交换膜。
2.根据权利要求1所述的均相阴离子交换膜,其特征在于均相阴离子交换膜按重量百分比由6%的聚砜、10%的聚四氟乙烯、10%的环氧氯丙烷、3%的乙基乙烯醇、0.5%的催化剂和70.5%的有机溶剂制成。
3.根据权利要求1所述的均相阴离子交换膜,其特征在于均相阴离子交换膜按重量百分比由10%的聚砜、9%的聚四氟乙烯、5%的环氧氯丙烷、4%的乙基乙烯醇、0.5%的催化剂和71.5%的有机溶剂制成。
4.制备如权利要求1所述的均相阴离子交换膜的方法,其特征在于制备均相阴离子交换膜的方法按以下步骤实现:一、按重量百分比称取2%~10%的聚砜、2%~10%的聚四氟乙烯、4.9%~15%的环氧氯丙烷、1%~5%的乙基乙烯醇、0.1%~1%的催化剂和60%~90%的有机溶剂;二、向称取的有机溶剂中加入称取的聚砜和聚四氟乙烯,均匀混合后得浆状液;三、向浆状液中加入称取的环氧氯丙烷、乙基乙烯醇和催化剂,均匀混合后,静置脱泡,得铸膜液;四、在60~80℃的真空烘箱内将铸膜液加热6~12h,然后置于20~30℃的环境中在玻璃板上制成膜,冷却后放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上自动脱落,再将膜自然风干;五、在室温至60℃的条件下将膜放入质量浓度为5.0%~30%的三甲胺溶液中浸渍24~72h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍12~24h后用去离子水清洗,即得均相阴离子交换膜;其中步骤一中催化剂为BF3和Et2O的混合溶液,且BF3和Et2O按质量比1∶2混合,BF3的浓度为0.04mg/m3,Ft2O为无水乙醚;步骤一中有机溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
5.根据权利要求4所述的制备均相阴离子交换膜的方法,其特征在于步骤一中按重量百分比称取6%的聚砜、10%的聚四氟乙烯、5%的环氧氯丙烷、5%的乙基乙烯醇、1%的催化剂和73%的有机溶剂。
6.根据权利要求4所述的制备均相阴离子交换膜的方法,其特征在于步骤一中按重量百分比称取8%的聚砜、6%的聚四氟乙烯、11%的环氧氯丙烷、4%的乙基乙烯醇、0.6%的催化剂和70.4%的有机溶剂。
7.根据权利要求5或6所述的制备均相阴离子交换膜的方法,其特征在于步骤四中在65℃的真空烘箱内将铸膜液加热8h,然后置于24℃的条件下在玻璃板上制成膜。
8.根据权利要求7所述的制备均相阴离子交换膜的方法,其特征在于步骤四中在75℃的真空烘箱内将铸膜液加热10h,然后置于28℃的条件下在玻璃板上制成膜。
9.根据权利要求8所述的制备均相阴离子交换膜的方法,其特征在于步骤五中在30℃下将膜放入质量浓度为20%的三甲胺溶液中浸渍24h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍16h后用去离子水清洗。
10.根据权利要求8所述的制备均相阴离子交换膜的方法,其特征在于步骤五中在50℃下将膜放入质量浓度为10%的三甲胺溶液中浸渍48h,然后用去离子水清洗,再将膜放入浓度为1.0mol/L的HCl溶液中浸渍24h后用去离子水清洗。
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Granted publication date: 20110720 Termination date: 20150630 |
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EXPY | Termination of patent right or utility model |