CZ307917B6

CZ307917B6 - Iontovýměnná membrána

Info

Publication number: CZ307917B6
Application number: CZ2017-768A
Authority: CZ
Inventors: Jaromír Marek; Jan Sláma; Jan Čížek; Jakub Kosina
Original assignee: Technická univerzita v Liberci
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-08-21
Also published as: CZ2017768A3

Abstract

Řešení se týká iontovýměnné membrány (1), která obsahuje inertní polymerní pojivo (2), ve kterém jsou uložené mikročástice (3) iontovýměnné pryskyřice o průměru do 1000 µm tvořené polymerní matricí a iontovýměnnými skupinami, u které inertní polymerní pojivo (2) a matrice iontovýměnné pryskyřice obsahují stejnou monomerní jednotku, kterou je styren nebo akryl, přičemž hmotnostní poměr iontovýměnné pryskyřice a inertního pojiva v rámci iontovýměnné membrány je 0,1:1 až 1,4:1.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká iontovýměnné membrány, která obsahuje inertní polymemího pojivo, ve kterém jsou uložené mikročástice iontovýměnné pryskyřice o průměru do 1000 μιη, které jsou tvořené polymemí matricí a iontovýměnnými skupinami.

Dosavadní stav techniky

Iontovýměnné, nebo též ionexové membrány jsou separační membrány, které ve své struktuře obsahují iontovýměnné skupiny. Dle polarity těchto skupin se iontovýměnné membrány dělí na katexové membrány, které při aplikaci elektrického pole propouští kationty a zadržují anionty, a anexové membrány, které při aplikaci elektrického pole propouští anionty a zadržují kationty. Díky těmto vlastnostem se iontovýměnné membrány využívají v různých elektromembránových procesech - hlavně separačních, demineralizačních či koncentračních, jako např. při elektrodialýze, elektroforéze, elektrodeionizaci apod.

Podle své struktury se pak iontovýměnné membrány dále dělí na homogenní a heterogenní. Homogenní iontovýměnné membrány jsou tvořené polymemím pojivém s iontovýměnnými skupinami navázanými přímo na jeho polymemím skeletu; heterogenní jsou tvořené inertním polymemím pojivém, ve kterém jsou uložené částice, obvykle mikročástice, iontovýměnné pryskyřice tvořené polymemí matricí s navázanými iontovýměnnými skupinami.

Kvůli nedostatečným mechanickým vlastnostem iontovýměnných membrán se tyto membrány ve většině případů armují tkanou nebo netkanou textilií, obvykle z polymemích vláken.

Nevýhodou stávajících iontovýměnných membrán je zejména jejich nízká schopnost transportu molekul vody v jiném než kapalném stavu, která omezuje jejich využití při separaci plynů. Další nevýhodou je pak nesourodost materiálu inertního pojivá a iontovýměnné pryskyřice v heterogenních membránách, která znevýhodňuje využití heterogenních membrán oproti homogenním např. v šokové elektrodialýze.

Podstata vynálezu

Vynález se týká iontovýměnné membrány, která obsahuje inertní polymemí pojivo, ve kterém jsou uložené mikročástice iontovýměnné pryskyřice o průměru do 1000 μιη tvořené polymemí matricí s iontovýměnnými skupinami, jejíž podstata spočívá v tom, že inertní polymemí pojivo iontovýměnné membrány a matrice iontovýměnné pryskyřice obsahují stejnou monomemí jednotku, kterou je styren nebo akryl, přičemž hmotností poměr iontovýměnné pryskyřice a inertního pojivá v rámci iontovýměnné membrány je 0,1:1 až 1,4:1. Z morfologického hlediska se tak sice jedná o heterogenní iontovýměnnou membránu, protože je tvořena dvěma složkami; z chemického hlediska jde ale homogenní iontovýměnnou membránu, protože polymemí řetězce jejích složek jsou tvořeny jedním typem monomeru.

Mikročástice iontovýměnné pryskyřice mají průměr 0,1 až 1000 μιη, s výhodu pak 0,2 až 100 μιη.

Nejvýhodnější kombinace vlastností iontovýměnné membrány se pak dosahuje při poměru iontovýměnné pryskyřice a inertního polymemího pojivá v rámci iontovýměnné membrány 0,2:1 až 0,8:1.

- 1 CZ 307917 B6

Ve výhodném provedení katexové membrány je inertním pojivém této membrány polystyren a iontovýměnnou pryskyřicí styrenová iontovýměnná pryskyřice se sulfonovými iontovýměnnými skupinami, jako např. iontovýměnná pryskyřice tvořená matricí z poly(styren-co-divinylbenzenu) se sulfonovými iontovýměnnými skupinami, které jsou součástí monomemí jednotky kyseliny styrensulfonové.

Stejné inertní pojivo lze v kombinaci se styrenovou iontovýměnnou pryskyřicí se silně bazickou kvartemí amoniovou skupinou nebo slabě bazickou terciární aminovou skupinou použít i v rámci anexové membrány

U jiného provedení anexové membrány je inertním pojivém iontovýměnné membrány akryl a iontovýměnnou pryskyřicí je akrylová iontovýměnná pryskyřice se silně bazickou kvartemí amoniovou skupinou nebo slabě bazickou terciární aminovou skupinou, jako např. iontovýměnná pryskyřice tvořená matricí z polymethylmethakrylátu se silně bazickými kvartemími amoniovými iontovýměnnými skupinami, jako např. benzyltrimethylamoniovými nebo benzyldimethylethanolovými skupinami.

Pro zlepšení mechanických vlastností iontovýměnné membrány může být její inertní polymemí pojivo alespoň částečně síťované.

Ze stejného důvodu může být iontovýměnná membrána armována tkanou nebo netkanou textilií uloženou na alespoň jednom povrchu a/nebo alespoň částečně v inertním polymemím pojivu iontovýměnné membrány.

Pro zvýšení pružnosti může inertní polymemí pojivo iontovýměnné membrány obsahovat přídavek do 10 % hmotnostních elastomeru, případně směsi alespoň dvou elastomerů.

Objasnění výkresů

Na přiložených výkresech je na obr. 1 schematicky znázorněn průřez iontovýměnnou membránou podle vynálezu, na obr. 2a pak SEM snímek jednoho povrchu katexové membrány podle vynálezu v první variantě provedení při zvětšení 500x, na obr. 2b SEM snímek opačného povrchu této katexové membrány při zvětšení 500x, na obr. 3a SEM snímek jednoho povrchu katexové membrány podle vynálezu ve druhé variantě provedení při zvětšení 250x, na obr. 3b SEM snímek opačného povrchu této katexové membrány při zvětšení 250x, na obr. 4a SEM snímek jednoho povrchu katexové membrány podle vynálezu ve třetí variantě provedení při zvětšení lOOOx, na obr. 4b SEM snímek opačného povrchu této katexové membrány při zvětšení 250x, na obr. 5a SEM snímek jednoho povrchu katexové membrány podle vynálezu ve čtvrté variantě provedení při zvětšení 250x, na obr. 5b SEM snímek opačného povrchu této katexové membrány při zvětšení 250x, na obr. 5c graf efektivity transportu vlhkosti pro tuto variantu katexové membrány za různých podmínek, na obr. 6a SEM snímek jednoho povrchu katexové membrány podle vynálezu v páté variantě provedení při zvětšení 250x, na obr. 6b SEM snímek opačného povrchu této katexové membrány při zvětšení 250x a na obr. 6c graf efektivity transportu vlhkosti pro tuto variantu katexové membrány za různých podmínek.

Příklady uskutečnění vynálezu

Iontovýměnná membrána _l_ podle vynálezu je tvořená inertním polymemím pojivém 2, např. ve formě plošné vrstvy, které tvoří nosný materiál této membrány 1, a ve kterém jsou uložené mikročástice 3 mleté iontovýměnné pryskyřice o průměru do 1000 pm tvořené polymemí matricí, na které jsou navázané iontovýměnné skupiny. Tloušťka plošné vrstvy polymemího pojivá 2, a tím i celé iontovýměnné membrány 1_ je obvykle, dle předpokládaného využití, cca 0,1 až 1 mm, avšak v případě potřeby může být menší nebo i větší. Průměr mikročástic 3

-2CZ 307917 B6 iontovýměnné pryskyřice je obvykle 0,1 až 1000 μιη, s výhodou pak 0,2 až 100 pm. Na základě provedených experimentů se ukázalo, že ve druhém případě se medián průměru mikročástic 3 iontovýměnné pryskyřice pohybuje nejčastěji mezi 10 a 20 pm.

Hmotnostní poměr iontovýměnné pryskyřice a inertního polymemího pojivá 2 v rámci iontovýměnné membrány 1 je 0,1:1 až 1,4:1. Při nižším obsahu iontovýměnné pryskyřice již iontovýměnná membrána 1_ nedosahuje potřebné kapacity, při vyšším obsahu je velmi křehká a nevhodná pro manipulaci. Při poměru iontovýměnné pryskyřice a inertního polymemího pojivá 2 vyšším než 1,4:1 není zpravidla možné membránu 1 sejmout z podkladu, na kterém se vytvořila.

Dle provedených experimentů se nej vhodnější kombinace vlastností iontovýměnné membrány 1, tj. její kapacity a schopnosti transportovat vlhkost dosáhne při hmotnostním poměru iontovýměnné pryskyřice a inertního polymemího pojivá 3 cca 0,2:1 až 0,8:1. To je dáno zejména tím, že iontovýměnná membrána 1 dosahuje poněkud překvapivě nejvyšší kapacity při poměru iontovýměnné pryskyřice a inertního polymemího pojivá 3 cca 0,6:1 a při dalším zvyšování podílu iontovýměnné pryskyřice její kapacita klesá, a také tím, že schopnost iontovýměnné membrány 1_ transportovat vlhkost roste nej výrazněji do poměru iontovýměnné pryskyřice a inertního polymemího pojivá 3 cca 0,3:1, poté již je její nárůst v podstatě zanedbatelný.

Podstatou iontovýměnné membrány 1 podle vynálezu je to, že její inertní polymemí pojivo 2 a matrice iontovýměnné pryskyřice jsou tvořené chemicky stejným materiálem, resp. obsahují stejnou monomemí jednotku, jako např. styren, akryl, apod. Z morfologického hlediska je tato iontovýměnná membrána 1_ heterogenní, protože je tvořena dvěma složkami; z chemického hlediska je ale homogenní, protože polymemí řetězce jejích složek jsou tvořeny jedním typem monomeru. V důsledku této materiálové kombinace dosahuje iontovýměnná membrána 1 podle vynálezu výhodnější kombinace vlastností než stávající heterogenní iontovýměnné membrány, díky čemuž je vhodná např. pro nové typy elektromembránových procesů, které vyžadují udržení patřičného tlaku mezi jednotlivými komorami, jako je např. šoková elektrodialýza. Kromě toho je tato iontovýměnná membrána neporézní, a tedy neprostupná pro plyny (vzduch), ale současně je schopná na základě chemických procesů transportovat vlhkost, což umožňuje její využití např. pro úpravu či separaci plynů, např. v rekuperačních výměnících tepla. Představitelem takového výměníku může být entalpický výměník tepla dle EP 3237807.

Příkladem iontovýměnné membrány 1 podle vynálezu je katexová membrána 1, jejímž inertním pojivém 2 je polystyren (nízko až vysokomolekulámí) a jejíž iontovýměnnou pryskyřicí je styrenová iontovýměnná pryskyřice se sulfonovými iontovýměnnými skupinami, jako např. iontovýměnná pryskyřice tvořená matricí z poly(styren-co-divinylbenzenu) se sulfonovými skupinami kyseliny styrensulfonové.

Jiným příkladem iontovýměnné membrány 1_ podle vynálezu je anexová membrána 1, jejímž inertním pojivém 2 je akryl a jejíž iontovýměnnou pryskyřicí je akrylová iontovýměnná pryskyřice se silně bazickou kvartemí amoniovou skupinou nebo slabě bazickou terciární aminovou skupinou, jako např. iontovýměnná pryskyřice tvořená matrici z polymethylmethakrylátu s benzyltrimethylamoniovými nebo benzyldimethylethanolovými iontovýměnnými skupinami.

Dalším příkladem iontovýměnné membrány 1 podle vynálezu je pak např. anexová membrána 1, jejímž inertním pojivém 2 je polystyren (nízko až vysokomolekulámí) a jejíž iontovýměnnou pryskyřicí je styrenová iontovýměnná pryskyřice se silně bazickou kvartemí amoniovou skupinou nebo slabě bazickou terciární aminovou skupinou, jako např. styrenová iontovýměnná pryskyřice tvořená matricí z poly(styren-co-divinylbenzenu) s benzyltrimethylamoniovými nebo benzyldimethylethanolovými iontovýměnnými skupinami.

-3 CZ 307917 B6

V případě, že mechanické vlastnosti iontovýměnné membrány 1 neodpovídají požadavkům jejího předpokládaného použití, je možné je upravit vhodnou modifikací inertního polymemího pojivá

2. Pro zvýšení pevnosti a soudržnosti iontovýměnné membrány 1 je možné její pojivo 2 alespoň částečně síťovat, přičemž např. vhodným síťovacím činidlem pro styrenové pojivo je paraformaldehyd. Pro zvýšení pružnosti iontovýměnné membrány 1 je možné během její výroby k jejímu inertnímu polystyrénovému pojivu 2 přidat přídavek do 10 % hmotnostních elastomeru, jako např. polyethylenu, polypropylenu apod. případně směsi alespoň dvou elastomerů.

Namísto těchto modifikací, nebo v kombinaci s alespoň některou z nich může být také výhodné armovat iontovýměnnou membránu 1 alespoň jednou vrstvou tkané nebo netkané textilie, s výhodu z polymemích vláken, výhodněji z polymemích vláken obsahujících stejný monomer, jako inertní pojivo 2 membrány 1, uloženou na alespoň jednom povrchu a/nebo alespoň částečně v inertním polymemím pojivu 2 této iontovýměnné membrány E

Pro výrobu iontovýměnné membrány 1 podle vynálezu pak lze použít libovolný známý postup pro výrobu těchto membrán.

Níže je pro názornost popsáno šest konkrétních příkladů katexové membrány 1 a tři příklady anexové membrány podle vynálezu, vč. postupu jejich výroby. Na obr. 2a až 6b jsou pak SEM snímky povrchů těchto katexových membrán a na obr. 5c a 6c grály efektivity transportu vlhkosti pro poslední dvě varianty této katexové membrány 1 za různých podmínek.

Příklad 1

Rozpuštěním polystyrenu v toluenu při laboratorní teplotě (22 °C) se vytvořil 20% roztok polystyrenu, který se 24 hodin míchal. Po uplynutí této doby, kdy měl tento roztok medovou konzistenci, se do něj přidaly mleté mikročástice poly(styren-co-divinylbenzenu) se sulfonovými skupinami kyseliny styrensulfonové o průměru 0,2 až 100 pm, v poměru vůči polystyrenu v roztoku 0,2:1. Po dokonalém smíchání všech složek se takto vytvořená směs vylila na skleněnou desku o velikosti 1,2 m x 0,5 m, pomocí pojízdného zařízení s nerezovou stěrkou se rozprostřela po celé její ploše do rovnoměrné vrstvy a nechala se 24 hodin při laboratorní teplotě schnout. Poté se vytvořená vrstva z této desky sejmula a nechala se další 2 hodiny doschnout.

Tímto způsobem se připravila poddajná katexová membrána s kapacitou 0,74 mval/g a efektivitou transportu vlhkosti až 22 %.

Na obr. 2a je SEM snímek povrchu této katexové membrány, který byl v kontaktu se skleněnou deskou, při zvětšení 500x, na obr. 2b pak SEM snímek jejího opačného povrchu při zvětšení 500x, ze kterých je zřejmé, že tato katexová membrána je zcela neporézní a neprodyšná.

Příklad 2

Rozpuštěním polystyrenu v toluenu při laboratorní teplotě (22 °C) se vytvořil 20% roztok polystyrenu, který se 24 hodin míchal. Po uplynutí této doby, kdy měl tento roztok medovou konzistenci, se do něj přidaly mleté mikročástice poly(styren-co-divinylbenzenu) se sulfonovými skupinami kyseliny styrensulfonové o průměru 0,2 až 100 pm, v poměru vůči polystyrenu v roztoku 0,4:1. Po dokonalém smíchání všech složek se takto vytvořená směs vylila na skleněnou desku o velikosti 1,2 m x 0,5 m, pomocí pojízdného zařízení s nerezovou stěrkou se rozprostřela po celé její ploše do rovnoměrné vrstvy a nechala se 24 hodin při laboratorní teplotě schnout. Poté se vytvořená vrstva z této desky sejmula a nechala se další 2 hodiny doschnout.

Tímto způsobem se připravila poddajná katexová membrána s kapacitou 1,26 mval/g a efektivitou transportu vlhkosti až 54 %.

-4CZ 307917 B6

Na obr. 3a je SEM snímek povrchu této katexové membrány, který byl v kontaktu se skleněnou deskou, při zvětšení 250x, na obr. 3b pak SEM snímek jejího opačného povrchu při zvětšení 250x, ze kterých je zřejmé, že tato katexová membrána je zcela neporézní a neprodyšná.

Příklad 3

Rozpuštěním polystyrenu v toluenu při laboratorní teplotě (22 °C) se vytvořil 25% roztok polystyrenu, který se 24 hodin míchal. Po uplynutí této doby, kdy měl tento roztok medovou konzistenci, se do něj přidaly mleté mikročástice poly(styren-co-divinylbenzenu) se sulfonovými skupinami kyseliny styrensulfonové o průměru 0,2 až 100 pm, v poměru vůči polystyrenu v roztoku 0,6:1. Po dokonalém smíchání všech složek se takto vytvořená směs vylila na skleněnou desku o velikosti 1,2 m x 0,5 m, pomocí pojízdného zařízení s nerezovou stěrkou se rozprostřela po celé její ploše do rovnoměrné vrstvy a nechala se 24 hodin při laboratorní teplotě schnout. Poté se vytvořená vrstva z této desky sejmula a nechala se další 2 hodiny doschnout.

Tímto způsobem se připravila poddajná katexová membrána s kapacitou 1,74 mval/g a efektivitou transportu vlhkosti až 51 %.

Na obr. 4a je SEM snímek povrchu této katexové membrány, který byl v kontaktu se skleněnou deskou, při zvětšení lOOOx, na obr. 4b pak SEM snímek jejího opačného povrchu při zvětšení 250x, ze kterých je zřejmé, že tato katexová membrána je zcela neporézní a neprodyšná.

Příklad 4

Rozpuštěním polystyrenu v toluenu při laboratorní teplotě (22 °C) se vytvořil 25% roztok polystyrenu, který se 24 hodin míchal. Po uplynutí této doby, kdy měl tento roztok medovou konzistenci, se do něj přidaly mleté mikročástice poly(styren-co-divinylbenzenu) se sulfonovými skupinami kyseliny styrensulfonové o průměru 0,2 až 100 pm, v poměru vůči polystyrenu v roztoku 0,8:1. Po dokonalém smíchání všech složek se takto vytvořená směs vylila na skleněnou desku o velikosti 1,2 m x 0,5 m a pomocí pojízdného zařízení s nerezovou stěrkou se rozprostřela po celé její ploše do rovnoměrné vrstvy a nechala se 24 hodin při laboratorní teplotě schnout. Poté se vytvořená vrstva z této desky sejmula a nechala se další 2 hodiny doschnout.

Tímto způsobem se připravila poddajná katexová membrána s kapacitou 1,53 mval/g a efektivitou transportu vlhkosti až 52 %.

Příklad 5

Rozpuštěním polystyrenu v toluenu při laboratorní teplotě (22 °C) se vytvořil 30% roztok polystyrenu, který se 24 hodin míchal. Po uplynutí této doby, kdy měl tento roztok medovou konzistenci, se do něj přidaly mleté mikročástice poly(styren-co-divinylbenzenu) se sulfonovými skupinami kyseliny styrensulfonové o průměru 0,2 až 100 pm, v poměru vůči polystyrenu v roztoku 1,1:1. Po dokonalém smíchání všech složek se takto vytvořená směs vylila na skleněnou desku o velikosti 1,2 m x 0,5 m, pomocí pojízdného zařízení s nerezovou stěrkou se rozprostřela po celé její ploše do rovnoměrné vrstvy a nechala se 24 hodin při laboratorní teplotě schnout. Poté se vytvořená vrstva z této desky sejmula a nechala se další 3 hodiny doschnout.

Tímto způsobem se připravila poddajná katexová membrána s tloušťkou 0,12 mm, kapacitou 4,28 mval/g a efektivitou transportu vlhkosti až 55 %.

Na obr. 5a je SEM snímek povrchu této katexové membrány, který byl v kontaktu se skleněnou deskou, při zvětšení 250x a na obr. 5b pak SEM snímek jejího opačného povrchu při zvětšení 250x, ze kterých je zřejmé, že tato katexová membrána je zcela neporézní a neprodyšná. Na obr. 5c je pak graf efektivity transportu vlhkosti pro tuto variantu katexové membrány za různých podmínek.

-5 CZ 307917 B6

Příklad 6

Rozpuštěním polystyrenu v toluenu při laboratorní teplotě (22 °C) se vytvořil 30% roztok polystyrenu, který se 24 hodin míchal. Po uplynutí této doby, kdy měl tento roztok medovou konzistenci, se do něj přidaly mleté mikročástice poly(styren-co-divinylbenzenu) se sulfonovými skupinami kyseliny styrensulfonové o průměru 0,2 až 100 μιη, v poměru vůči polystyrenu v roztoku 1,2:1. Po dokonalém smíchání všech složek se takto vytvořená směs vylila na skleněnou desku o velikosti 1,2 m x 0,5 m, pomocí pojízdného zařízení s nerezovou stěrkou se rozprostřela po celé její ploše do rovnoměrné vrstvy a nechala se 24 hodin při laboratorní teplotě schnout. Poté se vytvořená vrstva z této desky sejmula a nechala se další 3 hodiny doschnout.

Tímto způsobem se připravila poddajná katexová membrána s tloušťkou 0,35 mm, kapacitou 1,03 mval/g, efektivitou transportu vlhkosti až 61 %.

Na obr. 6a je SEM snímek povrchu této katexové membrány, který byl v kontaktu se skleněnou deskou, při zvětšení 250x, na obr. 6b pak SEM snímek jejího opačného povrchu při zvětšení 250x, ze kterých je zřejmé, že tato katexová membrána je zcela neporézní a neprodyšná. Na obr. 6c je pak graf efektivity transportu vlhkosti pro tuto variantu katexové membrány za různých podmínek.

Příklad 7

Rozpuštěním polymethylmethakrylátu v dimethylformamidu při laboratorní teplotě (22 °C) se vytvořil 20% roztok polymethylmethakrylátu, který se 24 hodin míchal. Po uplynutí této doby, kdy měl tento roztok medovou konzistenci, se do něj přidaly mleté mikročástice polymethylmethakrylátu s benzyltrimethylamoniovými iontovýměnnými skupinami o průměru 0,2 až 100 μιη, v poměru vůči polymethylmethakrylátu v roztoku 0,6:1. Po dokonalém smíchání všech složek se takto vytvořená směs vylila na skleněnou desku o velikosti 1,2 m x 0,5 m, pomocí pojízdného zařízení s nerezovou stěrkou se rozprostřela po celé její ploše do rovnoměrné vrstvy a nechala se 24 hodin při laboratorní teplotě schnout. Poté se vytvořená vrstva z této desky sejmula a nechala se další 2 hodiny doschnout.

Tímto způsobem se připravila poddajná anexová membrána s kapacitou 1,124 mval/g a efektivitou transportu vlhkosti až 37,3 %.

Příklad 8

Rozpuštěním polymethylmethakrylátu v dimethylformamidu při laboratorní teplotě (22 °C) se vytvořil 30% roztok polymethylmethakrylátu, který se 24 hodin míchal. Po uplynutí této doby, kdy měl tento roztok medovou konzistenci, se do něj přidaly mleté mikročástice polymethylmethakrylátu s benzyldimethylethanolovými iontovýměnnými skupinami o průměru 0,2 až 100 μιη, v poměru vůči polymethylmethakrylátu v roztoku 1:1. Po dokonalém smíchání všech složek se takto vytvořená směs vylila na skleněnou desku o velikosti 1,2 m x 0,5 m, pomocí pojízdného zařízení s nerezovou stěrkou se rozprostřela po celé její ploše do rovnoměrné vrstvy a nechala se 24 hodin při laboratorní teplotě schnout. Poté se vytvořená vrstva z této desky sejmula a nechala se další 3 hodiny doschnout.

Tímto způsobem se připravila poddajná anexová membrána s kapacitou 1,562 mval/g a efektivitou transportu vlhkosti až 44,3 %.

Příklad 9

Rozpuštěním polystyrenu v toluenu při laboratorní teplotě (22 °C) se vytvořil 20% roztok toluenu, který se 24 hodin míchal. Po uplynutí této doby, kdy měl tento roztok medovou

-6CZ 307917 B6 konzistenci, se do něj přidaly mleté mikročástice poly(styren-co-divinylbenzenu) s benzyltrimethylamoniovými iontovýměnnými skupinami o průměru 0,2 až 100 pm, v poměru vůči polystyrenu v roztoku 0,8:1. Po dokonalém smíchání všech složek se takto vytvořená směs vylila na skleněnou desku o velikosti 1,2 m x 0,5 m, pomocí pojízdného zařízení s nerezovou stěrkou se rozprostřela po celé její ploše do rovnoměrné vrstvy a nechala se 24 hodin při laboratorní teplotě schnout. Poté se vytvořená vrstva z této desky sejmula a nechala se další 2 hodiny doschnout.

Tímto způsobem se připravila poddajná anexová membrána s kapacitou 1,249 mval/g a efektivitou transportu vlhkosti až 40,4 %.

Průmyslová využitelnost

Iontovýměnná membrána podle vynálezu je použitelná v elektromembránových procesech, vč. šokové elektrodialýzy. Kromě toho její neporézní a chemický charakter současně umožňují také její použití pro úpravu či separaci plynů, např. v rekuperačních výměnících tepla. Představitelem takového výměníku může být např. entalpický výměník tepla dle EP 3237807.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Iontovýměnná membrána (1), která obsahuje inertní polymemí pojivo (2), ve kterém jsou uložené mikročástice (3) iontovýměnné pryskyřice o průměru do 1000 pm tvořené polymemí matricí s iontovýměnnými skupinami, vyznačující se tím, že inertní polymemí pojivo (2) iontovýměnné membrány (1) a matrice iontovýměnné pryskyřice obsahují stejnou monomemí jednotku, kterou je styren nebo akryl, přičemž hmotnostní poměr iontovýměnné pryskyřice a inertního polymemího pojivá (2) v rámci iontovýměnné membrány (1) je 0,1:1 až 1,4:1.

2. Iontovýměnná membrána (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že mikročástice (3) iontovýměnné pryskyřice mají průměr 0,2 až 100 pm.

3. Iontovýměnná membrána (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že hmotnostní poměr iontovýměnné pryskyřice a inertního polymemího pojivá (3) v rámci iontovýměnné membrány je 0,2:1 až 0,8:1.

4. Iontovýměnná membrána (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že inertním pojivém (2) iontovýměnné membrány (1) je polystyren a iontovýměnnou pryskyřicí je styrenová iontovýměnná pryskyřice se sulfonovými iontovýměnnými skupinami.

5. Iontovýměnná membrána (1) podle nároku 1 nebo 4, vyznačující se tím, že styrenová iontovýměnná pryskyřice je tvořená matricí z poly(styren-co-divinylbenzenu) a sulfonové iontovýměnné skupiny jsou součástí monomemí jednotky kyseliny styrensulfonové.

6. Iontovýměnná membrána (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že inertním pojivém (2) iontovýměnné membrány (1) je polystyren a iontovýměnnou pryskyřicí je styrenová iontovýměnná pryskyřice se silně bazickou kvartemí amoniovou skupinou nebo slabě bazickou terciární aminovou skupinou.

-7 CZ 307917 B6

7. Iontovýměnná membrána (1) podle nároku 1 nebo 6, vyznačující se tím, že polystyrénová iontovýměnná pryskyřice je tvořená matricí z poly(styren-co-divinylbenzenu) a silně bazické kvartemí amoniové iontovýměnné skupiny jsou skupiny benzyltrimethylamoniové nebo benzyldimethylethanolové.

8. Iontovýměnná membrána (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že inertním pojivém (2) iontovýměnné membrány (1) je polymethylmethakrylát a iontovýměnnou pryskyřicí je akrylová iontovýměnná pryskyřice se silně bazickou kvartemí amoniovou skupinou nebo slabě bazickou terciární aminovou skupinou.

9. Iontovýměnná membrána (1) podle nároku 1 nebo 8, vyznačující se tím, že akrylová iontovýměnná pryskyřice je tvořená matricí z polymethylmethakrylátu a silně bazické kvartemí amoniové iontovýměnné skupiny jsou skupiny benzyltrimethylamoniové nebo benzyldimethylethanolové.

10. Iontovýměnná membrána (1) podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že inertní polymemí pojivo (2) je alespoň částečně síťované.

11. Iontovýměnná membrána (1) podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je armována tkanou nebo netkanou textilií uloženou na alespoň jednom povrchu a/nebo alespoň částečně v inertním polymemím pojivu (2) iontovýměnné membrány (1).

12. Iontovýměnná membrána (1) podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že inertním polymemí pojivo (2) obsahuje přídavek do 10 % hmotnostních elastomeru, případně směsi alespoň dvou elastomerů.