CN117443214A - 聚酰胺酸离子交换膜、其制备方法及应用 - Google Patents

聚酰胺酸离子交换膜、其制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚酰胺酸离子交换膜、其制备方法及应用。本发明的聚酰胺酸离子交换膜的重均分子量为2000～200000g/mol，其含有下述的式I所示结构，式I中，X表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环，Y表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环；n表示10～500的整数。本发明的聚酰胺酸离子交换膜机械性能优异，在盐差梯度下具有优异的发电性能，可以高效提取海水和废水中的过渡金属离子。

Description

聚酰胺酸离子交换膜、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及用于反渗透的离子交换膜，具体涉及用于反渗透、海水以及废水等中的过渡金属离子的提取等的离子交换膜，其制备方法和应用。
背景技术
为了满足日益增长的能源需求，存储在盐度梯度溶液中的渗透能被认为是一种有前景可再生的能源。基于膜的反向电渗析技术可以用于捕获海水和河水中的渗透能，可用于大规模电容器和钠离子电池组设备供电。另外，海水直接电解制氢近日取得重大技术突破，海水和河水中的渗透能则可直接为海水电解供能，从而实现全方位闭环的绿色能源系统。同时，海水中具有丰富的过渡金属离子，但是海水中的过渡金属离子浓度极低，蒸发结晶提取非常困难，因此我们可以通过其他方式来来捕捉海水的过渡金属离子。而离子交换膜是一种具有潜力的膜材料。
目前，作为反向电渗析的核心器件，传统的离子交换膜由于其电阻高，从其离子转运能力受到限制，导致其输出的功率密度低于商业化使用要求。
为了实现高效的渗透能量转换，人们已经开发出了多种类型的膜。例如，基于三维交联网络的高孔隙率水凝胶，但其较大的孔隙以及易于溶胀的特性严重削弱其离子选择性，限制了其能量转换的特性。
近年来，共价有机框架COF、金属-有机框架、MXenes、氧化石墨烯等模拟生物离子通道的高选择性和高效率的人工纳米通道膜等已经被研发出来，但是由这些材料制备的离子选择性膜存在例如无法自支撑、难以大量制备、电荷密度较低导致功率密度不高等中的至少一种问题。
因此，如何开发可以自支撑、可大规模制备、价格低廉、盐差发电效率高的离子交换膜是本领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决前述的至少一个技术问题，本发明人等进行了深入研究后发现，基于具有原位羧基的自支撑聚酰胺酸离子交换膜，每个酰胺酸结构单元中含有两个羧基，具有优异的离子选择性，特别适用于反向电渗析等反渗透的应用。另外，聚酰胺酸离子交换膜的聚合物链上带负电的羧基能够吸引过渡金属离子，同时聚合物链上的氧原子、氮原子能够与过渡金属离子配位，从而将过渡金属离子固定到聚合物链上，由此能够低成本且高效地提取海水以及废水中的过渡金属离子。
为达到此发明目的，本申请提供下述的技术方案：
本申请的第一方面提供一种聚酰胺酸离子交换膜，其重均分子量为2000～200000g/mol，其含有下述的式I所示结构，
式I中，X表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环，Y表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环；n表示10～500的整数。
本申请的第二方面提供一种前述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法，其包含下述的步骤：
聚酰胺酸溶液制备步骤：将二酐单体、二胺单体加入到非质子极性溶剂中进行聚合反应生成聚酰胺酸；
膜形成步骤：将前述的聚酰胺酸溶液制备步骤中得到的聚酰胺酸溶液涂布到玻璃板上形成聚酰胺酸膜，随后浸入水中使聚酰胺酸膜与玻璃板分离。
本申请的第三方面，提供一种反向电渗析装置，其包含前述的聚酰胺酸离子交换膜。
本申请的第四方面，提供一种前述的聚酰胺酸离子交换膜用于反渗透的应用。
本申请的第五方面，提供一种前述的聚酰胺酸离子交换膜用于提取海水和废水中过渡金属离子的应用。
与其他膜相比，本申请的聚酰胺酸离子交换膜中存在大量的带电基团羧基，电荷密度高，能够选择阳离子，排斥阴离子。本申请的聚酰胺酸离子交换膜机械性能优异，能够自支撑，并且在盐差梯度下具有优异的发电性能。另外，聚酰胺酸离子交换膜的聚合物链上带负电的羧基能够吸引过渡金属离子，同时聚合物链上的氧原子、氮原子能够与过渡金属离子配位，从而将过渡金属离子固定到聚合物链上，由此能够低成本且高效地提取海水以及废水中的过渡金属离子，实现低成本且高效地提取海水和废水中的过渡金属离子。
本发明的酰胺酸离子交换膜的制备方法简单，适宜于大规模生产，成本低。
附图说明
图1是本申请实施例中使用的一个反向电渗析装置的示意图。
图2是实施例1制备的聚酰胺酸离子交换膜与对比例1的商品化高分子聚丙烯腈PAN的50倍氯化钾盐度梯度下的发电功率测试图。
图3是实施例1制备的聚酰胺酸离子交换膜在吸附铜离子(Cu2+)之后，在水中放置不同时间之后的铜离子(Cu2+)含量的变化。
具体实施方式
为了更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本公开的保护范围。
本说明书中，如无特殊说明，百分比均是指质量百分比，温度为摄氏度(℃)。
[聚酰胺酸离子交换膜]
本发明的聚酰胺酸离子交换膜的重均分子量为2000～200000g/mol，其含有下述的式I所示结构，
式I中，X表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环，Y表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环；n表示10～500的整数。
前述的重均分子量为2000～200000g/mol的含有上述式I所示结构的聚酰胺酸离子交换膜具有自支撑的性能，在盐差梯度下具有优异的发电性能。并且，由于其结构中具有带电基团，能够吸附过渡金属离子，并且与膜中的供电子元素形成配位结构，由此能够将过渡金属离子稳定地固定于膜上，从而有助于实现海水中过渡金属离子的低成本且高效的提取。
作为前述的X表示的碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环，可以列举出例如碳原子数为6、7、8、9、10、11、12、13、14等的芳香族环或者脂肪族环，进一步优选例如碳原子数6～12的芳香族环或者脂肪族环。
作为前述的Y表示的碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环，可以列举出例如碳原子数为6、7、8、9、10、11、12、13、14等的芳香族环或者脂肪族环，进一步优选例如碳原子数6～12的芳香族环或者脂肪族环。
聚酰胺酸离子交换膜的厚度可根据需求进行调节，从自支撑性能更优异的角度考虑，优选为3μm以上。聚酰胺酸膜的厚度优选为100μm以下。
前述的聚酰胺酸离子交换膜的重均分子量为2000～200000g/mol，优选为2000～50000，进一步优选为5000～20000。前述的n表示10～500的整数，优选为10～150，进一步优选为10～50。
一些实施方式的聚酰胺酸离子交换膜，其由前述的式I所示结构构成。
式I中，X表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环，Y表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环；n表示10～500的整数。
一些实施方式的聚酰胺酸离子交换膜中，任意地，还含有来自选自聚酰亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、氧化石墨烯、石墨烯、MXene(Ti3C2Tx)、MOF以及COF中的1种或2种以上化合物的结构。
一些实施方式的聚酰胺酸离子交换膜中，任意地，其还含有用于改善聚酰胺酸离子交换膜的机械性能的添加剂，例如聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰胺。本领域技术人员能够根据需要适宜选择前述添加剂的种类和含量，只要不影响聚酰胺酸离子交换膜的自支撑性、离子选择性、配位能力、离子吸附能力等相关应用所要求的性能。
聚酰胺酸离子交换膜能够通过下述说明的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法制备得到。
[聚酰胺酸离子交换膜的制备方法]
聚酰胺酸离子交换膜的制备方法包含下述的步骤：
聚酰胺酸溶液制备步骤：将二酐单体、二胺单体加入到非质子极性溶剂中进行聚合反应生成聚酰胺酸；
膜形成步骤：将前述的聚酰胺酸溶液制备步骤中得到的聚酰胺酸溶液涂布到基板上形成聚酰胺酸膜，随后浸入水中使聚酰胺酸膜与玻璃板分离。
前述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法中，优选地，前述二酐选自由1,2,4,5-均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、偏苯四酸二酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐、4-(2,5-二氧代四氢呋喃-3-基)-1,2,3,4-四氢萘-1,2-二羧酸酐、3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3',4,4'-苯甲酮四羧酸二酐、4,4’-氧双邻苯二甲酸酐、双(3,4-二羧基苯基)二甲基硅烷二酐、4,4-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酐、磺酰邻苯二甲酸酐、环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、4,4’-(4,4’-异亚丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酐)、4,4’-(4,4’-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)构成的组中的一种以上。进一步优选地，前述二酐选自下述的结构式所示的单体：
更优选地，为选自1,2,4,5-均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐和4,4’-氧双邻苯二甲酸酐组成的组中的一种以上。
前述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法中，优选地，前述二胺选自由对苯二胺、间苯二胺、4,4’-二氨基二苯醚、对亚甲基二苯胺、间亚甲基二苯胺、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、双(三氟甲基)联苯胺、2,2’-双[4(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2’-双(3-氨基苯基)六氟丙烷、2,2’-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、双(4-氨基苯基)砜、双(3-氨基苯基)砜、1,3-环己二胺、1,4-环己二胺、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)-苯基]丙烷、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、4,4’-双(3-氨基苯氧基)二苯砜、9,9-双(4-氨基苯基)芴、9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴组成的组中的一种以上。进一步优选为选自下述结构组成的组中的至少一种以上。
更优选地，为选自4,4’-二氨基二苯醚、对苯二胺以及1,3-双(3-氨基苯氧基)苯组成的组中的一种以上。
作为前述的聚酰胺酸溶液制备步骤中使用的非质子极性溶剂溶剂，优选为选自由二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、乙酸乙酯、二乙基甲酰胺、二乙基乙酰胺、丙二醇单甲醚、间甲基苯酚、四氢呋喃、氯仿组成的组中的一种以上，进一步优选为选自二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺组成的组中的一种以上。
前述的聚酰胺酸溶液制备步骤中，通过利用二酐与二胺单体在非质子极性溶剂中反应从而制备聚酰胺酸。前述二胺单体与前述二酐单体的摩尔比为例如0.9～1.1，优选为1～1.05。
前述的聚酰胺酸溶液制备步骤中，优选地，还可以在前述的非质子极性溶剂中加入选自聚酰亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、氧化石墨烯、石墨烯、MXene(Ti3C2Tx)、MOF以及COF中的1种或2种以上化合物。由此，能够具有人工纳米通道膜等高选择性和高效率的模拟生物离子通道，提高离子交换膜的综合性能。在添加上述化合物的情况下，相对于添加的二酐单体与二胺单体的合计的质量，上述化合物的添加量优选为20wt％以下。
前述的聚酰胺酸溶液制备步骤中，前述聚合反应的反应温度为例如-10～40℃。
一个实施方式的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法中，前述聚酰胺酸溶液制备步骤中制备得到的聚酰胺酸在溶液中的固含量为例如5～30wt％。从获得的聚酰胺酸离子交换膜的自支撑性考虑，固含量优选设定为5wt％以上。另一方面，获得的聚酰胺酸离子交换膜的均匀性等方面考虑，优选设定为20wt％以下。
前述膜形成步骤中，将前述的聚酰胺酸溶液制备步骤中得到的聚酰胺酸溶液涂布到基板上形成聚酰胺酸膜，随后浸入水中使聚酰胺酸膜与基板分离。前述的基板为例如玻璃板。优选基板的与形成的聚酰胺酸膜接触的表面光滑，由此，浸入水中后，形成的聚酰胺酸膜与基板会自然分离，从而得到聚酰胺酸膜。
进一步，前述膜形成步骤中，优选地，在聚酰胺酸膜形成后，在例如10～180℃、优选在25～60℃的温度下加热脱去溶剂。
通过上述方法制备的聚酰胺酸离子交换膜具有优异的物理化学稳定性，在人工河水和海水浓度梯度下具有优异的盐差发电性能。同时，本申请的聚酰胺酸离子交换膜制备成本较低，可大规模制备，适用于大规模反向电渗析盐差发电和海水中过渡金属离子的提取。
[反向电渗析装置]
反向电渗析装置包括前述的聚酰胺酸离子交换膜，或者包括由前述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法制备得到的聚酰胺酸离子交换膜。
反向电渗析装置中：除了作为离子交换膜的前述的聚酰胺酸离子交换膜之外，还包括电极等组件。对于电极等其他组件，没有特别的限定，本领域技术人员能够根据需要适宜选择。
图1示出了一个反向电渗析装置的示意图。如图1所示，利用离子交换膜把高浓度溶液和低浓度溶液隔开，然后溶液两边插入银/氯化银电极，阳离子会从高浓度自发的输运到低浓度处，而高浓度溶液处的阴离子无法通过离子交换膜。反向电渗析可以用于盐度梯度发电，提取海水和河水中的渗透能量，输出电能。
本前述的聚酰胺酸离子交换膜能够用于反向电渗析等反渗透的应用。
另外，前述的聚酰胺酸离子交换膜能够用于提取海水和废水中过渡金属离子的应用。前述的过渡金属离子例如可以为铜离子等离子。在使用时，例如，将前述的聚酰胺酸离子交换膜放入0.5M的氯化铜溶液中12小时，然后取出膜之后水洗，接下来测试聚酰胺酸离子交换膜中的铜离子含量，最后，我们将膜放置在去离子水中不同的时间，测试放置在水中不同时间后的铜离子含量，铜离子含量基本保持不变，从而确定铜离子被富集在聚酰胺酸离子交换膜中。
[实施例]
为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，以下将结合实施例和附图进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本申请保护的范围。
本申请的实施例中所用的材料均可以通过商购获得。
实施例1
将充分干燥的9.67g的4,4’-二氨基二苯醚(ODA)溶解在150g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，在10℃下搅拌，完全溶解后，缓慢加入10.76g的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐，充分搅拌24小时使其反应，得到固含量为12％的聚酰胺酸溶液。将得到的聚酰胺酸溶液涂布到玻璃板上，然后迅速(30分钟之内)将玻璃板放入去离子水中，从玻璃板上自然剥离得到聚酰胺酸膜1，从水中取出得到的聚酰胺酸膜1，晾干备用。
实施例2
将充分干燥的11.86g的4,4’-二氨基二苯醚(ODA)溶解在100g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，在10℃下搅拌，完全溶解后缓慢加入12.92g的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐，充分搅拌24h，得到固含量为20％的聚酰胺酸溶液。将得到的聚酰胺酸溶液涂布到玻璃板上，然后将玻璃板放入烘箱中，在45℃下烘6h，然后将玻璃板放置于水中，从玻璃板上剥离得到聚酰胺酸膜2，从水中取出聚酰胺酸膜2晾干备用。
实施例3
将充分干燥的20g的2,2’-双(4-氨基苯基)六氟丙烷(6FBA)溶解在150g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，在10℃下搅拌，完全溶解后缓慢加入17.49g的2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)充分反应，充分搅拌24h之后得到固含量为20％的聚酰胺酸溶液。将得到的聚酰胺酸溶液涂布到玻璃板上，然后迅速(30分钟之内)将玻璃板放入去离子水中，从玻璃板上剥离得到聚酰胺酸膜3，从水中取出聚酰胺酸膜3晾干备用。
实施例4
将充分干燥的20g的2,2’-双(4-氨基苯基)六氟丙烷(6FBA)溶解在150g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，在10℃下搅拌，完全溶解后缓慢加入17.49g的2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐(6FDA)充分反应，充分搅拌24h之后得到固含量为20％的聚酰胺酸溶液。将得到的聚酰胺酸溶液涂布到玻璃板上，然后将玻璃板放入烘箱中，在45℃下烘6h，然后将玻璃板放置于水中，从玻璃板上自然脱落得到聚酰胺酸膜4，从水中取出聚酰胺酸膜4晾干备用。
实施例5
将充分干燥的5.92g的对苯二胺(PDA)溶解在100g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，在10℃下搅拌，完全溶解后缓慢加入11.71g的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐充分反应，充分搅拌24h之后得到固含量为15％的聚酰胺酸溶液。将得到的聚酰胺酸溶液涂布到玻璃板上，然后迅速(5分钟之内)将玻璃板放入去离子水中，从玻璃板上剥离得到聚酰胺酸膜5，从水中取出聚酰胺酸膜5晾干备用。
实施例6
将充分干燥的5.92g的对苯二胺(PDA)溶解在100g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，在10℃下搅拌，完全溶解后缓慢加入11.71g的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐充分反应，充分搅拌24h之后得到固含量为15％的聚酰胺酸溶液。将得到的聚酰胺酸溶液涂布到玻璃板上，然后将玻璃板放入烘箱中，在40℃下烘6h，然后将玻璃板放置于水中，从玻璃板上自然脱落得到聚酰胺酸膜6，从水中取出聚酰胺酸膜6晾干备用。
实施例7
将充分干燥的6.83g的4,4’-二氨基二苯醚(ODA)溶解在100g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，在10℃下搅拌，完全溶解后缓慢加入10.81g的4,4’-氧双邻苯二甲酸酐(4,4'-ODPA)充分反应，充分搅拌24h之后得到固含量为15％的聚酰胺酸溶液。将得到的聚酰胺酸溶液涂布到玻璃板上，然后迅速(5分钟之内)将玻璃板放入去离子水中，从玻璃板上剥离得到聚酰胺酸膜7，从水中取出聚酰胺酸膜7晾干备用。
实施例8
将充分干燥的6.83g的4,4’-二氨基二苯醚(ODA)溶解在100g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，在10℃下搅拌，完全溶解后缓慢加入10.81g的4,4’-氧双邻苯二甲酸酐(4,4'-ODPA)充分反应，充分搅拌24h之后得到固含量为15％的聚酰胺酸溶液。将得到的聚酰胺酸溶液涂布到玻璃板上，然后将玻璃板放入烘箱中，在40℃下烘6h，然后将玻璃板放置于水中，从玻璃板上自然脱落得到聚酰胺酸膜8，从水中取出聚酰胺酸膜8晾干备用。
实施例9
将充分干燥的11.86g的4,4’-二氨基二苯醚(ODA)溶解在100g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，在10℃下搅拌，完全溶解后缓慢加入12.92g的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐，充分搅拌24h，得到固含量为20％的聚酰胺酸溶液。我们将PEG(分子量4000)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF),配置10％的PEG溶液，然后取20ml的20％的聚酰胺酸溶液和10ml的10％的PEG溶液混合搅拌，将得到的混合溶液涂布到玻璃板上，然后将玻璃板放入烘箱中，在45℃下烘6h，然后将玻璃板放置于水中，从玻璃板上剥离得到聚酰胺酸膜9，从水中取出聚酰胺酸膜9晾干备用。
对比例1
使用市售的聚丙烯腈商品化膜(深圳市嘉泉膜滤设备有限公司的聚丙烯腈膜)作为对比例1。
盐差发电性能对比试验：
使用实施例1制备得到的聚酰胺酸膜1以及对比例1的商品化膜，采用上海辰华电化学工作站CHI660e和上海正阳仪器的ZX99电阻箱，负载不同的电阻，从而测试其盐差性能，测试结果示于图2。图2中，横轴为外电阻，纵轴为功率密度。从图2可以看出，实施例1的聚酰胺酸膜的功率密度要高于对比例1的膜，说明实施例1的聚酰胺酸膜的盐差发电性能强于对比例1。
过渡金属离子吸附实验：
将实施例1制备得到的聚酰胺酸膜1在0.5M二水合氯化铜(CuCl2·2H2O)溶液中放置不同时间后，采用美国PerkinElmer公司的NexION 300X电感耦合等离子体质谱仪测试聚酰胺酸膜1中的铜离子(Cu2+)含量，结果示于图3中。从图3可以看出，铜离子可以很好的吸附在聚酰胺酸膜上，将膜放置在去离子水中不同时间，铜离子基本保持不变，说明铜离子可以稳定被吸附于聚酰胺酸膜上。
显然，本公开的上述实施例仅仅是为清楚地说明本公开所作的举例，而并非是对本公开的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本公开的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开的保护范围之列。

Claims (13)

1.一种聚酰胺酸离子交换膜，其重均分子量为2000～200000g/mol，其含有由二酐与二胺反应形成的下述的式I所示结构，
式I中，X表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环，Y表示碳原子数6～30的芳香族环或者脂肪族环；n表示10～500的整数。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺酸离子交换膜，其还含有来自选自聚酰亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、氧化石墨烯、石墨烯、MXene(Ti3C2Tx)、MOF以及COF中的1种或2种以上化合物的结构。
3.一种权利要求1或2所述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法，其包含下述的步骤：
聚酰胺酸溶液制备步骤：将二酐单体、二胺单体加入到非质子极性溶剂中进行聚合反应生成聚酰胺酸；
膜形成步骤：将前述的聚酰胺酸溶液制备步骤中得到的聚酰胺酸溶液涂布到基板上形成聚酰胺酸膜，随后浸入水中使聚酰胺酸膜与基板分离。
4.根据权利要求3所述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法，其中，所述聚酰胺酸溶液制备步骤中，所述聚合反应的反应温度为-10～40℃，所述二胺单体与二酐单体的摩尔比为0.9～1.1。
5.根据权利要求3述的聚酰胺酸离子交换膜，其中，所述聚酰胺酸溶液制备步骤中，还在所述非质子极性溶剂中加入选自聚酰亚胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚醚醚酮、磺化聚醚醚酮、氧化石墨烯、石墨烯、MXene(Ti3C2Tx)、MOF以及COF中的1种或2种以上化合物。
6.根据权利要求3所述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法，其中，所述聚酰胺酸溶液制备步骤中制备得到的聚酰胺酸在溶液中的固含量为5～30wt％。
7.根据权利要求3所述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法，其中，所述非质子极性溶剂溶剂选自由二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、乙酸乙酯、二乙基甲酰胺、二乙基乙酰胺、丙二醇单甲醚、间甲基苯酚、四氢呋喃、氯仿组成的组中的一种以上。
8.根据权利要求3所述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法，其中，所述二胺选自由对苯二胺、间苯二胺、4,4’-二氨基二苯醚、对亚甲基二苯胺、间亚甲基二苯胺、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、双(三氟甲基)联苯胺、2,2’-双[4(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、2,2’-双(3-氨基苯基)六氟丙烷、2,2’-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、双(4-氨基苯基)砜、双(3-氨基苯基)砜、1,3-环己二胺、1,4-环己二胺、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)-苯基]丙烷、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、4,4’-双(3-氨基苯氧基)二苯砜、9,9-双(4-氨基苯基)芴、9,9-双(3-氟-4-氨基苯基)芴组成的组中的一种以上。
9.根据权利要求3所述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法，其中，所述二酐选自由1,2,4,5-均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐、偏苯四酸二酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐、4-(2,5-二氧代四氢呋喃-3-基)-1,2,3,4-四氢萘-1,2-二羧酸酐、3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3',4,4'-苯甲酮四羧酸二酐、4,4’-氧双邻苯二甲酸酐、双(3,4-二羧基苯基)二甲基硅烷二酐、4,4-双(3,4-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酐、磺酰邻苯二甲酸酐、环丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐、4,4’-(4,4’-异亚丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酐)、4,4’-(4,4’-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)构成的组中的一种以上。
10.一种反向电渗析装置，其包含权利要求1或2所述的聚酰胺酸离子交换膜或者根据权利要求3～9的任一项所述的聚酰胺酸离子交换膜的制备方法得到的聚酰胺酸离子交换膜。
11.权利要求1或2所述的聚酰胺酸离子交换膜用于反渗透的应用。
12.根据权利要求11所述的应用，其中，所述反渗透为反向电渗析。
13.权利要求1或2所述的聚酰胺酸离子交换膜用于提取海水和废水中过渡金属离子的应用。
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