CN116059841B - 一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜及其制备方法 - Google Patents
一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116059841B CN116059841B CN202211716033.7A CN202211716033A CN116059841B CN 116059841 B CN116059841 B CN 116059841B CN 202211716033 A CN202211716033 A CN 202211716033A CN 116059841 B CN116059841 B CN 116059841B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ion exchange
- asymmetric
- exchange membrane
- membrane
- polyethersulfone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims abstract description 78
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims abstract description 78
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 56
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 35
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000008961 swelling Effects 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 42
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 30
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 26
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 24
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 19
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 13
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 9
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000005457 ice water Substances 0.000 claims description 8
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 8
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 8
- 238000006277 sulfonation reaction Methods 0.000 claims description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 7
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 6
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 6
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 6
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 6
- KEQGZUUPPQEDPF-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-5,5-dimethylimidazolidine-2,4-dione Chemical compound CC1(C)N(Cl)C(=O)N(Cl)C1=O KEQGZUUPPQEDPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XTHPWXDJESJLNJ-UHFFFAOYSA-N chlorosulfonic acid Substances OS(Cl)(=O)=O XTHPWXDJESJLNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- -1 polyoxyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 229940113088 dimethylacetamide Drugs 0.000 claims 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 12
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011033 desalting Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 abstract description 2
- 229920000831 ionic polymer Polymers 0.000 abstract description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 14
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 9
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 8
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 7
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 6
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 6
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- IYWCBYFJFZCCGV-UHFFFAOYSA-N formamide;hydrate Chemical compound O.NC=O IYWCBYFJFZCCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000001054 cortical effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007646 directional migration Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005713 exacerbation Effects 0.000 description 1
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000614 phase inversion technique Methods 0.000 description 1
- 238000011197 physicochemical method Methods 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009715 pressure infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000002522 swelling effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Abstract
本发明公开了一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜的制备方法,包括如下步骤:S1:磺化聚合物的制备、S2:非对称聚醚砜基膜的制备、S3:非对称复合离子交换膜的制备;制得的电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜,包括致密皮层结构和多孔支撑层结构;所述致密皮层结构的厚度为5‑20μm,离子交换膜溶胀率为1%‑10%,电渗析脱盐性能为70%‑98%。现有技术中通过孔隙填充制备的离子交换膜其孔隙填充较为完整,这会导致较大的离子传输阻力。本发明制备的复合离子交换膜是以非对称的多孔膜作为增强基体,通过在较薄皮层孔隙中填充离子聚合物来制备具有较薄选择层的非对称复合离子交换膜。在电渗析脱盐过程中可以实现优异的脱盐性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜及其制备方法,属于离子交换膜技术领域。
背景技术
在过去的二十年里,淡水的供应和需求随着人类生活水平的提高而逐渐增加。淡水资源的缺乏已逐渐成为目前全球需要面临的一大难题。人口增长、生活水平提高、农业繁荣和工业化是导致这一问题恶化的主要原因。另一方面,常规能源和淡水水库正迅速变得稀缺。因此,开发能耗较低、环境友好的净水技术已成为当务之急。对于我国水资源存在的诸多危机而言,对海水的开发和使用可以从根本上极大地缓解这些问题,解决许多地区存在的资源短缺问题。因此,通过合适的方法对海水进行淡化成为从源头增加淡水资源量的有效手段,也是解决淡水资源短缺、维持淡水持续供应、优化淡水资源配置的重要途径。
海水淡化是通过物理、化学或物理化学方法从海水中获取淡水的技术和过程,其主要途径有两条:一是从海水中取出水,包括蒸馏法、反渗透法、冰冻法、水合物法和溶剂萃取法等;二是从海水中取出盐,包括离子交换法、电渗析法、电容吸附法和压渗法等。截至目前,实际规模应用的仅有蒸馏法、反渗透法和电渗析法。电渗析技术作为一种膜法水处理技术,由于其对分离组分的选择性高,原水回收率高,不污染环境等优点,正受到越来越多的关注,成为目前水处理的热点之一。
电渗析(ED)是在直流电场作用下,利用离子交换膜的选择透过性,带电离子透过离子交换膜定向迁移,从水溶液和其他不带电组分中分离出来,从而实现对溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的目的。作为电渗析技术中最核心的组成部分,离子交换膜的质量直接决定了电渗析技术的效率,因此,制备具有优良综合性能且价格低廉的离子交换膜是目前推动电渗析技术进一步发展的关键所在。性能优良的离子交换膜应具有高的选择透过性,良好的化学和机械稳定性以及较低的膜面电阻。
通常阳离子交换膜只有在较高的离子交换容量下,才能具有高效的离子传导作用,从而实现优异的电化学性能。然而较高的离子交换容量容易引起过高的吸水溶胀率,导致膜的尺寸稳定性较差,从而在电渗析脱盐过程中,无法实现盐的有效分离,限制了其实际应用。因此,在离子交换膜制备过程中,机械稳定性与整体IEC之间的平衡问题是至关重要的。所以,研究者们努力探寻各种方法来改善离子交换膜的综合性能。而微孔基体增强技术作为一种新型有效的物理增强方法,可以产生低溶胀和高选择性的离子交换膜,已经受到了相当大的关注。微孔基体增强技术是一种通过孔隙填充过程进行的物理强化过程,得到的是一种由机械强度高的基体和填充孔的聚电解质组成的增强复合膜。申请号为201080047544.3的中国发明专利公开了一种高能效且低操作成本的电渗析膜,其主要是通过在多孔基体的孔隙中聚合一种或更多种单官能离化单体与至少一种多官能单体来制备离子交换膜。但是制备过程中使用的交联离子迁移聚合物是完全填充到所述连续多孔结构中,这样就会导致膜的选择分离层过厚,离子迁移阻力过大,而且多孔结构的完全填充也会更大程度地损失多孔基体的机械性能,限制膜的实际应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种制备工艺简单的非对称复合离子交换膜。该方法采用相转换法制备非对称聚醚砜基体膜,通过多孔基体膜优异的亲水性来提升磺化聚合物的渗透能力,从而在多孔基体的皮层孔隙中形成致密的离子选择层,最终得到具有低溶胀性和高离子导电性的非对称复合离子交换膜。
为了实现第一目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜的制备方法,包括如下步骤:
S1:磺化聚合物的制备
S1.1:将聚醚砜置于70℃烘箱中进行干燥处理,然后将干燥后的聚醚砜置于有机溶剂中,持续加热、搅拌,得到磺化聚合物溶液;
S1.2:将得到的磺化聚合物溶液倒入冰水中进行冷却,得到磺化产物;
S1.3:将磺化产物用去离子水洗至中性,在80℃烘箱中干燥去除多余水分,得到磺化度为5%-50%的磺化聚合物;
S2:非对称聚醚砜基膜的制备
S2.1:将聚醚砜、致孔剂溶解在有机溶剂中,持续加热搅拌,形成均一的铸膜液,并常温静置脱泡;
S2.2:将铸膜液倒至洁净的玻璃板上,用金属刮刀将其铺展成初生液膜,将初生液膜迅速平稳地放入凝固浴中,通过溶剂和非溶剂的转换,最终固化成膜,得到非对称聚醚砜基膜;
所述非对称聚醚砜基膜的膜厚度为50-200μm,所述的非对称结构为多孔皮层和指状孔支撑层组成,所述多孔皮层的上表面孔径为50-300nm,所述多孔皮层的下表面孔径为5-10μm,所述指状孔支撑层孔径为20-30μm,所述非对称聚醚砜基膜的接触角为0~20°;
S3:非对称复合离子交换膜的制备
S3.1:将磺化聚合物溶解在溶剂中,加热持续搅拌得到均匀的溶液,并常温静置进行脱泡处理;
S3.2:将非对称聚醚砜基膜固定在洁净的玻璃板上,将步骤S3.1得到的溶液倾倒于非对称聚醚砜基膜表面,干燥处理,得到非对称复合离子交换膜。
采用上述技术方案,首先采用非溶剂诱导相转换法制备具有多孔皮层和指状孔支撑层的非对称聚醚砜基膜,然后在基膜皮层孔隙中填充具有离子传导性的磺化聚合物,得到具有致密选择层的离子交换膜。
优选的,步骤S1.1中所述的聚醚砜重量份数为5-30重量份,有机溶剂的重量份数为70-95重量份,所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、氯磺酸和浓硫酸中的一种或几种。
优选的,步骤S1.1中的加热温度为40-90℃,加热时间为6-60h,搅拌速度为300-900rpm。
优选的,步骤S2.1中所述的聚醚砜的重量份数为5-25重量份,所述致孔剂的重量份数为2-8重量份,所述有机溶剂的重量份数为63-93重量份;所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、氯仿、二氯甲烷中的一种或两种。
优选的,步骤S2.1中所述的致孔剂为聚乙二醇、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和水溶性表面活性剂中的一种或几种,步骤S2.1中的加热温度为50-95℃,搅拌速度为200-450rpm,加热时间为4-20h。
优选的,步骤S2.2中所述的凝固浴为双凝固浴,第一凝固浴为水和有机溶剂的混合液,第二凝固浴为去离子水,所述的第一凝固浴中有机溶剂和水的体积比为(0:10)-(9:1),所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、正丙醇、异丙醇、正丁醇和乙醇中的一种或两种,在第一凝固浴中的浸泡时间为10-60s。
优选的,步骤S3.1中所述的磺化聚合物的重量份数为10-30重量份,有机溶剂的重量份数为70-90重量份,所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇、正丙醇、乙二醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种,步骤S3.1中的加热温度为40-85℃,搅拌速度为150-400rpm,加热时间为6-18h。
优选的,步骤S3.2中倾倒在非对称聚醚砜基膜表面的溶液的体积为1-5mL,干燥温度为60-120℃。
为了实现第二目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜,包括致密皮层结构和多孔支撑层结构。
优选的,所述致密皮层结构的厚度为5-20μm,离子交换膜溶胀率为1%-10%,电渗析脱盐性能为70%-98%。
本发明的有益效果:
(1)本发明利用非溶剂诱导相转换法获得的高孔隙率,高亲水性的多孔聚醚砜膜作为增强基体,来提供一定的机械强度,并且其与磺化聚合物具有较强的界面相容性,通过在孔隙内部填充离子聚合物来成功制备复合离子交换膜。制备过程操作简单易行,可在短时间内完成。
(2)本发明采用的膜基体材料为聚砜,它具有优异的力学性能、强度高、刚性大,在高温下也能保持优良的力学性能,具有优良的抗氧化性、耐水解、热稳定性和高温熔融稳定性,此外聚砜类材料还具有优良的机械性能、电性能、食品卫生性,是应用最广泛的膜材料之一。
(3)现有技术中通过孔隙填充制备的离子交换膜其孔隙填充较为完整,这会导致较大的离子传输阻力。本发明制备的复合离子交换膜是以非对称的多孔膜作为增强基体,通过在较薄皮层孔隙中填充离子聚合物来制备具有较薄选择层的非对称复合离子交换膜。在电渗析脱盐过程中可以实现优异的脱盐性能。
附图说明
图1为实施例3中复合离子交换膜断面SEM图放大图;
图2为实施例3中复合离子交换膜在电渗析脱盐过程中的脱盐效果;
图3为实施例3中复合离子交换膜在电渗析脱盐过程中的能量损耗;
图4为对比例1中聚醚砜基膜断面的SEM图;
图5为对比例1中聚醚砜基膜断面SEM图放大图;
图6为对比例1中聚醚砜基膜的接触角图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
实施例1
S1:磺化聚合物的制备
将15g聚醚砜颗粒置于85g的浓硫酸中,在50℃、300rpm转速下加热24h得到均相磺化聚合物溶液,再将其缓慢倒入冰水中进行冷却,得到磺化产物,用去离子水洗至中性,在80℃烘箱中干燥去除多余水分,得到磺化聚醚砜,其磺化度为25%。
S2:非对称聚醚砜基膜的制备
将18g聚醚砜颗粒、6g聚乙二醇与76g二甲基乙酰胺置于圆底烧瓶中,在80℃,500rpm转速下加热15h,形成均一的铸膜液,常温静置脱泡,脱泡后,将其浇铸于干净的玻璃板上,使用金属刮刀将其铺展成初生液膜,然后将其迅速平稳地置于水和异丙醇(体积分数比为5:5)的混合溶剂中20s,再将其置于去离子水中固化成膜,得到非对称聚醚砜基膜,下表面孔尺寸为2μm。
S3:非对称复合离子交换膜的制备
将15g磺化聚醚砜与85g乙二醇置于圆底烧瓶中,在85℃、500rpm转速下加热15h,形成均相溶液,取5mL均相溶液置于非对称聚醚砜基膜表面,将其放入70℃烘箱中24h。然后将其取出置于去离子水中保存待用。
本实施例制备的离子交换膜选择层厚度为25μm,离子交换膜溶胀率为5%,电渗析过程中NaCl脱除率为70%。
实施例2
S1:磺化聚合物的制备
将15g聚醚砜颗粒置于8g二氯甲烷中完全溶解后,加入5g氯磺酸中,在60℃、300rpm转速下加热24h得到均相磺化聚合物溶液,再将其缓慢倒入冰水中进行冷却,得到磺化产物,用去离子水洗至中性,在80℃烘箱中干燥去除多余水分,得到磺化聚醚砜,其磺化度为35%。
S2:非对称聚醚砜基膜的制备
将20g聚醚砜颗粒、10g聚乙二醇与70g二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂(体积比为6:4)置于圆底烧瓶中,在90℃、500rpm转速下加热15h,形成均一的铸膜液,常温静置脱泡,脱泡后,将其浇铸于干净的玻璃板上,使用金属刮刀将其铺展成初生液膜,然后将其迅速平稳地置于水和正丙醇(体积分数比为7:3)的混合溶剂中50s,再将其置于去离子水中固化成膜,得到非对称聚醚砜基膜,下表面孔尺寸为4μm。
S3:非对称复合离子交换膜的制备
将18g磺化聚醚砜与82g异丙醇置于圆底烧瓶中,在85℃、500rpm转速下加热15h,形成均相溶液,取3mL均相溶液置于非对称聚醚砜基膜表面,将其放入70℃烘箱中24h。然后将其取出置于去离子水中保存待用。
本实施例制备的离子交换膜选择层厚度为19μm,离子交换膜溶胀率为10%,电渗析过程中NaCl脱除率为85%。
实施例3
S1:磺化聚合物的制备
将18g聚醚砜颗粒置于82g浓硫酸和氯磺酸的混合溶剂(质量比为9:1)中,在75℃、500rpm转速下加热36h得到均相磺化聚合物溶液,再将其缓慢倒入冰水中进行冷却,得到磺化产物,用去离子水洗至中性,在80℃烘箱中干燥去除多余水分,得到磺化聚醚砜,其磺化度为42%。
S2:非对称聚醚砜基膜的制备
将18g聚醚砜颗粒、7g聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇的混合物(质量比为1:1)与85g二甲基亚砜置于圆底烧瓶中,在80℃、500rpm转速下加热15h,形成均一的铸膜液,常温静置脱泡,脱泡后,将其浇铸于干净的玻璃板上,使用金属刮刀将其铺展成初生液膜,然后将其迅速平稳地置于水和二甲基甲酰胺(体积分数比为6:4)的混合溶剂中45s,再将其置于去离子水中固化成膜,得到非对称聚醚砜基膜,下表面孔尺寸为7μm。
S3:非对称复合离子交换膜的制备
将15g磺化聚醚砜与85g份正丙醇置于圆底烧瓶中,在80℃、300rpm转速下加热12h,形成均相溶液,取2mL均相溶液置于非对称聚醚砜基膜表面,将其放入70℃烘箱中24h。然后将其取出置于去离子水中保存待用。
本实施例制备的离子交换膜选择层厚度为10μm,离子交换膜溶胀率为13%,电渗析过程中NaCl脱除率为94.7%。
实施例4
S1:磺化聚合物的制备
将15g聚醚砜颗粒置于75g二氯甲烷中完全溶解后,加入5g氯磺酸和5g份浓硫酸中,在60℃、300rpm转速下加热12h得到均相磺化聚合物溶液,再将其缓慢倒入冰水中进行冷却,得到磺化产物,用去离子水洗至中性,在80℃烘箱中干燥去除多余水分,得到磺化聚醚砜,其磺化度为40%。
S2:非对称聚醚砜基膜的制备
将20g聚醚砜颗粒、10g聚乙烯吡咯烷酮与70gN-甲基吡咯烷酮置于圆底烧瓶中,在90℃、500rpm转速下加热15h,形成均一的铸膜液,常温静置脱泡,脱泡后,将其浇铸于干净的玻璃板上,使用金属刮刀将其铺展成初生液膜,然后将其迅速平稳地置于水和二甲基甲酰胺(体积分数比为7:3)的混合溶剂中30s,再将其置于去离子水中固化成膜,得到非对称聚醚砜基膜,下表面孔尺寸为5μm。
S3:非对称复合离子交换膜的制备
将15g磺化聚醚砜与90g异丙醇置于圆底烧瓶中,在70℃、300rpm转速下加热12h,形成均相溶液,取3mL均相溶液置于非对称聚醚砜基膜表面,将其放入70℃烘箱中24h。然后将其取出置于去离子水中保存待用。
本实施例制备的离子交换膜选择层厚度为19μm,离子交换膜溶胀率为12%,电渗析过程中NaCl脱除率为90%。
实施例5
S1:磺化聚合物的制备
将15g聚醚砜颗粒置于85g浓硫酸中,在80℃、500rpm转速下加热24h得到均相磺化聚合物溶液,再将其缓慢倒入冰水中进行冷却,得到磺化产物,用去离子水洗至中性,在80℃烘箱中干燥去除多余水分,得到磺化聚醚砜,其磺化度为34%。
S2:非对称聚醚砜基膜的制备
将15g聚醚砜颗粒、7g聚乙烯吡咯烷酮与83g二甲基亚砜置于圆底烧瓶中,在80℃、500rpm转速下加热15h,形成均一的铸膜液,常温静置脱泡,脱泡后,将其浇铸于干净的玻璃板上,使用金属刮刀将其铺展成初生液膜,然后将其迅速平稳地置于水和正丙醇(体积分数比为5:5)的混合溶剂中30s,再将其置于去离子水中固化成膜,得到非对称聚醚砜基膜,下表面孔尺寸为3μm。
S3:非对称复合离子交换膜的制备
将10g磺化聚醚砜与90g正丙醇置于圆底烧瓶中,在70℃、300rpm转速下加热12h,形成均相溶液,取2mL均相溶液置于非对称聚醚砜基膜表面,将其放入70℃烘箱中24h。然后将其取出置于去离子水中保存待用。
本实施例制备的离子交换膜选择层厚度为13μm,离子交换膜溶胀率为12%,电渗析过程中NaCl脱除率为92.3%。
对比例1
将20g聚醚砜颗粒、10g聚乙二醇与70g二甲基甲酰胺置于圆底烧瓶中,在80℃、300rpm转速下加热12h,形成均一的铸膜液,常温静置脱泡,脱泡后,将其浇铸于干净的玻璃板上,使用金属刮刀将其铺展成初生液膜,然后将其迅速平稳地置于水和二甲基甲酰胺(体积分数比为5:5)的混合溶剂中10s,再将其置于去离子水中固化成膜。
采用上述步骤制备的聚醚砜膜表面孔尺寸为6μm,表面接触角为0°,具有优异的润湿性能。通过以上步骤制备的膜具有超亲水性能,不能应用于电渗析过程。
对比例2
将15g磺化聚醚砜与85g二甲基甲酰胺置于圆底烧瓶中,在85℃、500rpm转速下加热15h,形成均相溶液,常温静置脱泡,将其置于干净的玻璃板上,使用金属刮刀将其铺展成初生液膜,将初生液膜置于65℃烘箱中12h成膜,然后将其置于去离子水中,采用上述步骤制备的磺化聚合物成为裂膜,无法在电渗析装置中使用。
对比例3
S1:磺化聚合物的制备
将15g聚醚砜颗粒置于50g的浓硫酸中,在50℃、300rpm转速下加热24h得到均相磺化聚合物溶液,再将其缓慢倒入冰水中进行冷却,得到磺化产物,用去离子水洗至中性,在80℃烘箱中干燥去除多余水分,即可得到磺化度为5%的磺化聚合物。
S2:非对称聚醚砜基膜的制备
将18g聚醚砜颗粒、3g聚乙烯吡咯烷酮与79g二甲基甲酰胺置于圆底烧瓶中,在80℃、300rpm转速下加热12h,形成均一的铸膜液,常温静置脱泡,脱泡后,将其浇铸于干净的玻璃板上,使用金属刮刀将其铺展成初生液膜,然后将其迅速平稳地置于水和二甲基甲酰胺(体积分数比为5:5)的混合溶剂中10s,再将其置于去离子水中固化成膜。构建出多孔的聚醚砜膜,孔尺寸为5μm,具有优异的亲水性。
S3:非对称复合离子交换膜的制备
将15g磺化聚醚砜与85g乙二醇置于圆底烧瓶中,在85℃、500rpm转速下加热15h,形成均相溶液,取5mL均相溶液置于多孔的聚醚砜膜表面,将其放入70℃烘箱中24h。然后将膜取出置于去离子水中保存待用,通过以上步骤制备的离子交换膜,离子交换容量为0.15mmol/g,电渗析过程中NaCl脱除率为56%。通过以上步骤制备的非对称复合膜在电渗析过程中NaCl脱除率不佳。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:磺化聚合物的制备
S1.1:将聚醚砜进行干燥处理,然后将干燥后的聚醚砜置于有机溶剂中,持续加热、搅拌,得到磺化聚合物溶液;所述的聚醚砜重量份数为5-30重量份,有机溶剂的重量份数为70-95重量份,所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、氯磺酸和浓硫酸中的一种或几种;
S1.2:将得到的磺化聚合物溶液倒入冰水中进行冷却,得到磺化产物;
S1.3:将磺化产物用去离子水洗至中性,干燥处理,得到磺化度为5%-50%的磺化聚合物;
S2:非对称聚醚砜基膜的制备
S2.1:将聚醚砜、致孔剂溶解在有机溶剂中,持续加热搅拌,形成均一的铸膜液;所述的聚醚砜的重量份数为5-25重量份,所述致孔剂的重量份数为2-8重量份,所述有机溶剂的重量份数为63-93重量份;所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、氯仿、二氯甲烷中的一种或两种;所述的致孔剂为聚乙二醇、聚氧乙烯和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种;
S2.2:将铸膜液倒至玻璃板上,铺展成初生液膜,将初生液膜放入凝固浴中,固化成膜,得到非对称聚醚砜基膜;所述的凝固浴为双凝固浴,第一凝固浴为水和有机溶剂的混合液,第二凝固浴为去离子水,所述的第一凝固浴中有机溶剂和水的体积比为(0:10)-(9:1),所述的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、正丙醇、异丙醇、正丁醇和乙醇中的一种或两种,在第一凝固浴中的浸泡时间为10-60s;
所述非对称聚醚砜基膜的膜厚度为50-200μm,非对称结构为多孔皮层和指状孔支撑层组成,所述多孔皮层的上表面孔径为50-300nm,所述多孔皮层的下表面孔径为5-10μm,所述指状孔支撑层孔径为20-30μm,所述非对称聚醚砜基膜的接触角为0~20°;
S3:非对称复合离子交换膜的制备
S3.1:将磺化聚合物溶解在溶剂中,加热持续搅拌得到均匀的溶液;所述的磺化聚合物的重量份数为10-30重量份,溶剂的重量份数为70-90重量份,所述溶剂为水、乙醇、异丙醇、正丁醇、正丙醇、乙二醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种;
S3.2:将非对称聚醚砜基膜固定在玻璃板上,将步骤S3.1得到的溶液倾倒于非对称聚醚砜基膜表面,干燥处理,得到非对称复合离子交换膜。
2.一种如权利要求1所述的电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜的制备方法,其特征在于,步骤S1.1中的加热温度为40-90℃,加热时间为6-60h,搅拌速度为300-900rpm。
3.一种如权利要求2所述的电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜的制备方法,其特征在于,步骤S2.1中的加热温度为50-95℃,搅拌速度为200-450rpm,加热时间为4-20h。
4.一种如权利要求3所述的电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜的制备方法,其特征在于,步骤S3.1中的加热温度为40-85℃,搅拌速度为150-400rpm,加热时间为6-18h。
5.一种如权利要求4所述的电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜的制备方法,其特征在于,步骤S3.2中倾倒在非对称聚醚砜基膜表面的溶液的体积为1-5mL,干燥温度为60-120℃。
6.一种如权利要求1-5任一所述的方法制得的电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜,其特征在于,包括致密皮层结构和多孔支撑层结构。
7.一种如权利要求6所述的电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜,其特征在于,所述致密皮层结构的厚度为5-20μm,离子交换膜溶胀率为1%-10%,电渗析脱盐性能为70%-98%。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211716033.7A CN116059841B (zh) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211716033.7A CN116059841B (zh) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116059841A CN116059841A (zh) | 2023-05-05 |
CN116059841B true CN116059841B (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=86172669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211716033.7A Active CN116059841B (zh) | 2022-12-29 | 2022-12-29 | 一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116059841B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0277834A2 (en) * | 1987-02-04 | 1988-08-10 | Hydranautics | Stable membranes from sulfonated polyarylethers |
JP2013240765A (ja) * | 2012-05-22 | 2013-12-05 | Daicel Corp | Nf平膜とその製造方法 |
CN107185417A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-09-22 | 合肥工业大学 | 磺化聚醚砜膜及其制备方法、磺化聚砜膜及其制备方法及其应用 |
CN109758917A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-05-17 | 张伟 | 一种一二价阳离子选择性离子交换膜的制备方法 |
CN113522042A (zh) * | 2021-08-07 | 2021-10-22 | 南开大学 | 含烷基苯磺酸盐的均相阳离子交换膜的制备方法及应用 |
-
2022
- 2022-12-29 CN CN202211716033.7A patent/CN116059841B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0277834A2 (en) * | 1987-02-04 | 1988-08-10 | Hydranautics | Stable membranes from sulfonated polyarylethers |
JP2013240765A (ja) * | 2012-05-22 | 2013-12-05 | Daicel Corp | Nf平膜とその製造方法 |
CN107185417A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-09-22 | 合肥工业大学 | 磺化聚醚砜膜及其制备方法、磺化聚砜膜及其制备方法及其应用 |
CN109758917A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-05-17 | 张伟 | 一种一二价阳离子选择性离子交换膜的制备方法 |
CN113522042A (zh) * | 2021-08-07 | 2021-10-22 | 南开大学 | 含烷基苯磺酸盐的均相阳离子交换膜的制备方法及应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116059841A (zh) | 2023-05-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106532081B (zh) | 一种液流电池用具有分级孔结构的多孔膜及其制备和应用 | |
CN105642129A (zh) | 一种基于叔胺型两亲共聚物的荷正电纳滤膜及其制备方法 | |
CN102639614A (zh) | 聚合物共混质子交换膜及其制备方法 | |
CN108295677B (zh) | 一种改性壳聚糖/磺化聚醚砜阳离子交换膜及其制备方法 | |
CN111111478A (zh) | 一种pvdf基阳离子交换膜的制备方法 | |
Xu et al. | Morphology and performance of poly (ether sulfone)/sulfonated poly (ether ether ketone) blend porous membranes for vanadium flow battery application | |
CN101905125B (zh) | 聚苯乙烯磺酸盐/聚乙烯亚胺交联纳滤膜的制备方法 | |
CN105327627B (zh) | 一种聚砜‑嵌段磺化聚芳香醚共混/聚酰胺复合正渗透膜的制备方法 | |
CN109758917B (zh) | 一种一二价阳离子选择性离子交换膜的制备方法 | |
EP2626127B1 (en) | Polyazole membrane for water purification | |
CN103170257A (zh) | 一种复合正渗透膜及其制备方法 | |
CN106139912B (zh) | 一种内支撑增强型聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法 | |
CN109939572A (zh) | 一种具有多重交联结构的阴离子交换膜的制备方法 | |
CN112717731B (zh) | 一种离子导电膜及其制备方法 | |
CN116059841B (zh) | 一种电渗析脱盐用非对称复合离子交换膜及其制备方法 | |
CN111871221A (zh) | 一种以核径迹蚀刻膜为基膜的疏水/亲水复合膜及其制备方法和应用 | |
CN109621742B (zh) | 一种偏氟乙烯共聚物树脂制备多孔膜的方法 | |
CN109621743B (zh) | 一种基于低临界溶解温度体系的复合相分离制膜方法 | |
CN107875864A (zh) | 一种高通量三醋酸纤维素多孔膜 | |
CN109621745B (zh) | 一种干-湿相转化制备微滤膜的方法 | |
WO2021017405A1 (zh) | 一种抗污型醋酸纤维素超滤膜及其制备方法 | |
CN106532090A (zh) | 一种液流电池用宣纸增强非氟离子膜及其制备方法 | |
CN106582304B (zh) | 一种荷电镶嵌膜的制备方法 | |
CN111318188B (zh) | 一种高渗透性和高稳定性的多孔复合膜的制备方法 | |
CN115487689B (zh) | 一种高通量平板纳滤基膜及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |