CN1762557A - 采用可导离子网布增强的异相离子交换膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，属于膜分离的技术领域。它包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，在膜片表面或膜片间设有增强网布，至少一层所述的增强网布由导离子材料制成，所述的导离子材料为阴离子型或阳离子型。它解决了现有技术存在的惰性增强网布引起的异相离子交换膜的膜面电阻大，使电耗增加及离子交换效率较低等技术问题。它具有设计合理，能减小膜面电阻，离子交换效率较高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，属于膜分离的
技术领域。
背景技术
电渗析或者电除盐(EDI)技术是在直流电场的作用下，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性，来实现离子的去除或者浓缩。异相离子交换膜是电渗析和电除盐(EDI)装置中使用的关键材料，对其的基本性能要求包括导电性好、离子选择透过性高、机械强度高、溶胀率低等。
异相膜的一种典型制备方法是将高分子聚合物与粉状离子交换树脂以辊筒或挤出机混炼，接着拉片形成膜状物。为了提高膜的强度，需要在膜片的上下各覆一层网布，把膜片和网布热压或者滚压在一起形成实用的膜。异相膜另一种典型的制备方法是将离子交换树脂粉和粘结剂混合后，均匀涂覆在增强网布的两侧，最终形成外面是树脂和粘结剂混合物、中间是增强网布的离子交换平板膜。网布可以使用尼龙、涤纶、聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、玻璃纤维等等多种材料。例如专利CN1021828C介绍了一种采用四辊压延机连续制备异相离子交换膜的方法，其中增强用的网布靠导轨引入离子交换膜片的上面和下面，经过压网装置将网布压入膜片内，以起到增强膜片的作用。又如，专利CN1036052C介绍了一种以聚氯乙稀布为增强织物，将浆液涂在该增强织物上，加压加热聚合后再磺化的方法制备异相阳离子交换膜的方法。但是，无论在外表面热压或者滚压网布，还是在内部包覆网布，其优点是在一定程度上提高了膜的强度，减小了膜的溶胀率；而带来的缺点是由于目前使用的网布由惰性材料制成，网布本身在溶液中不能导离子，它们嵌在离子交换膜中，增大了膜的电阻，并最终影响电渗析，电除盐(EDI)装置的电耗以及降低异相离子交换膜的离子交换效率。
又如，有人申请了一种离子交换网膜，其多功能离子交换网膜兼有离子交换膜和隔板两者特征和功能，采用该离子交换网膜组装的电渗析装置无需再填充网布板，在一定程度上也改善了电渗析装置的导离子性能。但是由于该膜密封周边为平整平面，这样往往造成加工困难或加工工艺繁琐，而且填充树脂不便，只能用于板框式的水处理器。尤其是整个离子交换网膜采用同种材料制成，即网膜的周边和凹凸不平的中间部分为同一种材料制成，因此，若采用导离子性能好的材料制网膜在提高离子交换效率的同时却难以保证网膜的强度，若采用强度好的材料制网膜再提高网膜强度的同时由于增强材料的堆积影响了离子的交换效率，难以同时兼顾网膜的离子交换效率和强度。尤其是整个离子交换网膜采用同种材料制成，即网膜的周边和凹凸不平的中间部分为同一种材料制成，因此，若采用导离子性能好的材料制网膜在提高离子交换效率的同时却难以保证网膜的强度，若采用强度好的材料制网膜在提高网膜强度的同时由于增强材料的堆积影响了离子的交换效率，难以同时兼顾网膜的离子交换效率和强度。
发明内容
本发明解决了现有技术存在的惰性增强网布引起的异相离子交换膜的膜面电阻大，使电耗增加及离子交换效率较低，或离子交换效率和网膜强度难以兼顾等技术问题，提供了一种设计合理，能减小膜面电阻，离子交换效率较高，兼顾离子交换效率和网膜强度，兼顾离子交换效率和网膜强度的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案解决的：异相离子交换膜，包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，在膜片表面或膜片间设有增强网布，至少一层所述的增强网布由导离子材料制成，所述的导离子材料为阴离子型或阳离子型。将增强网布采用可导离子材料制成，可弥补因惰性网布增大的膜面电阻，增大了异相离子交换膜的极限电流，提高了异相离子交换膜的离子交换性能；另一方面直接将可导离子材料制成增强网布不会增加增强网布的厚度，从而不改变浓淡水室的空间大小，不会影响异相离子交换膜电除盐器的产水效率。
作为优选，所述的导离子材料由不同长度的离子交换纤维、碳材料或含有活性基团的高分子树脂构成；或所述的导离子材料为惰性增强网布经过处理后带离子交换基团构成。处理的方法可采用各种与制备离子交换膜类似的工艺，包括但不限于在网布上粘结离子交换树脂颗粒或者粉末，粘结不同长度离子交换纤维或其它导离子材料，以网布为基材进行涂覆、交联、接枝等。网布的基材可以是尼龙、涤纶、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯及其它有机材料。导离子材料可增大浓淡水室的电流密度，提高离子在浓淡水室的迁移速度，从而增大了极限电流，提高了离子交换的速度和效率，增强了异相离子交换膜的强度和离子交换性能。
作为优选，所述的增强网布与膜片点接触或线接触，点接触包括十字状点接触或其它的点接触；或所述的增强网布部分压入膜片中，在膜片表面形成一定的不平整度。增强网布与膜片间采用点接触或采用增强网布部分压入膜片中，可在增强离子交换膜强度的同时增大水流在离子交换膜的表面的湍流程度，减少浓差极化。
作为优选，所述的增强网布压覆于膜片的两侧表面，所述的增强网布均为阳离子型或阴离子型；或所述的增强网布压覆于膜片的两侧表面，所述的增强网布分别为阳离子型和阴离子型；或所述的增强网布压覆于膜片的两侧表面，所述的增强网布分别为阴阳离子型和惰性网布。
作为优选，所述的增强网布的目数为10目-100目，网线的直径为0.05mm-3mm。
异相离子交换膜的处理工艺，采用公知的各种制备工艺制备膜片；以导离子增强网布压覆于膜片表面或包埋于膜片间。
因此，本发明将增强网布采用可导离子材料制成，可弥补因惰性网布增大的膜面电阻，增大了异相离子交换膜的极限电流，提高异相离子交换膜电除盐器的离子传递性能；另一方面直接将可导离子材料制成增强网布不会增加增强网布的厚度，从而不改变浓淡水室的空间大小，不会影响异相离子交换膜电除盐器的产水效率。本发明的上述特点，使得其应用于电渗析或者是电除盐器时，能够降低电耗，提高脱盐效率。
附图说明
附图1是本发明异相离子交换膜的一种结构示意图；
附图2是本发明异相离子交换膜的第二种结构示意图；
附图3是附图1的断面结构示意图；
附图4是附图2的断面结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：如图1和图3所示，异相离子交换膜分阴离子交换膜和阳离子交换膜，由膜片1和包埋于两膜片1之间的增强网布2构成，增强网布2由惰性增强网布经过处理后带有离子交换基团构成。
膜片采用公知的技术制造，在惰性网布上涂覆离子交换树脂使其带有离子交换基团，再将经过处理后的增强网布包埋于两膜片间。
实施例2：如图2和图4所示，异相离子交换膜分阴离子交换膜和阳离子交换膜，由膜片1和压覆于膜片1两表面的增强网布2构成，增强网布由不同长度的离子交换纤维构成。
膜片采用公知的技术制造，将长度离子交换纤维编织成为活性网布，再将该活性增强网布压覆于膜片的两表面。
实施例3：如图2和图4所示，异相离子交换膜分阴离子交换膜和阳离子交换膜，由膜片1和压覆于膜片1两表面的增强网布2构成，增强网布由粘结了不同长度的离子交换纤维改性的惰性网布构成。
膜片采用公知的技术制造，在增强网布上粘结不同长度离子交换纤维，再间经过改性的增强网布压覆于膜片的一个表面，在膜片的另一个表面压覆惰性增强网布。
实施例4：如图1和图3所示，相离子交换膜分阴离子交换膜和阳离子交换膜，由膜片1和压覆于膜片1两表面的增强网布2构成，增强网布由不同长度的离子交换纤维构成，增强网布与膜片点接触。
膜片采用公知的技术制造，在增强网布上粘结不同长度离子交换纤维，再将经过改性的增强网布压覆于膜片的两表面。
实施例5：如图1和图3所示，异相离子交换膜分阴离子交换膜和阳离子交换膜，由膜片1和压覆于膜片1两表面的增强网布2构成，增强网布部分压入膜片中，整个异相离子交换膜的制作过程如下：
把粒径为50μm左右的陶氏化学公司生产的离子交换树脂粉(牌号为C-350和A-500)，通过环氧、聚氨酯等粘结剂固定在尼龙网布上，制作成可导离子的增强网布。网布的目数为100目，其网线的直径为1mm。然后在压延机上制备异相离子交换膜片，把制好的网布和离子交换膜片在15Mpa压力下热压60分钟，控制压片的厚度来控制网布在膜片上陷入的深度，以调节离子交换膜成品的表面不平整度，最终制得表面平整的异相离子交换膜。阳离子交换膜膜片两侧压覆的网布均采用阳离子型，阴离子交换膜膜片两侧压覆的网布均采用阴离子型。
实施例6：如图2和图4所示，异相离子交换膜分阴离子交换膜和阳离子交换膜，由膜片1和压覆于膜片两表面的增强网布构成，增强网布部分压入膜片中，整个异相离子交换膜的制作过程如下：
以平面厚度约为1mm的聚乙烯惰性网布为基材，溶胀吸浸苯乙烯和二乙烯苯，然后利用引发剂聚合。最后分别经磺化反应制成带阳离子交换基团的改性网布；经过氯甲基化和胺化制成带阴离子交换基团的改性网布。网布的目数为10目，其网线的直径为0.5mm。然后在压延机上制备异相离子交换膜片，把制好的改性网布和离子交换膜片在15Mpa压力下热压60分钟，控制压片的厚度来控制网布在膜片上陷入的深度，以调节离子交换膜成品的表面不平整度，制得表面不平整的异相离子交换膜。阳离子交换膜膜片两侧压覆的网布一侧为阳离子型，另一侧为惰性网布；阴离子交换膜膜片两侧压覆的网布一侧为阴离子型，另一侧为惰性网布。
本发明异相离子交换膜的性能和原惰性网布增强的离子交换膜的比较见下表1：
表1本发明与原惰性网布增强的异相离子交换膜综合性能对照表
| 惰性网布增强的异相离子交换膜(上海产) | 本发明可导离子网布增强的异相离子交换膜 | |||
| 阳膜 | 阴膜 | 阳膜 | 阴膜 | |
| 膜面电阻，Ω/cm2 | 4.0 | 17.2 | 2.7 | 5.2 |
| 膜选择性，％ | 95 | 93 | 97.2 | 95.5 |
| 拉伸强度，MPa | 2.1 | 1.5 | 2.3 | 1.5 |
Claims (10)
1、一种采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，其特征在于在膜片表面或膜片间设有增强网布，至少一层所述的增强网布(2)由导离子材料制成，所述的导离子材料为阴离子型或阳离子型。
2、根据权利要求1所述的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，其特征在于所述的导离子材料由不同长度的离子交换纤维、碳材料或含有活性基团的高分子树脂构成。
3、根据权利要求1所述的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，其特征在于所述的导离子材料为惰性增强网布经过处理后带离子交换基团构成。
4、根据权利要求1或2或3所述的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，其特征在于所述的增强网布与膜片点接触或线接触。
5、根据权利要求1或2或3所述的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，其特征在于所述的增强网布部分压入膜片中，在膜片表面形成一定的不平整度。
6、根据权利要求1或2或3所述的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，其特征在于所述的增强网布压覆于膜片(1)的两侧表面，所述的增强网布均为阳离子型或阴离子型。
7、根据权利要求1或2或3所述的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，其特征在于所述的增强网布压覆于膜片的两侧表面，所述的增强网布分别为阳离子型和阴离子型。
8、根据权利要求1或2或3所述的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，其特征在于所述的增强网布压覆于膜片的两侧表面，所述的增强网布分别为阴阳离子型和惰性网布。
9、根据权利要求4所述的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，其特征在于所述的增强网布压覆于膜片的两侧表面，所述的增强网布分别为阴阳离子型和惰性网布。
10、根据权利要求1或2或3所述的采用可导离子网布增强的异相离子交换膜，其特征在于所述增强网布的目数为10目-100目，网线的直径为0.05mm-3mm。
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