EA023476B1 - Ионообменные мембраны и способ получения ионообменной мембраны - Google Patents

Ионообменные мембраны и способ получения ионообменной мембраны Download PDF

Info

Publication number
EA023476B1
EA023476B1 EA201270317A EA201270317A EA023476B1 EA 023476 B1 EA023476 B1 EA 023476B1 EA 201270317 A EA201270317 A EA 201270317A EA 201270317 A EA201270317 A EA 201270317A EA 023476 B1 EA023476 B1 EA 023476B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
exchange membrane
ion
membrane
ion exchange
monomer
Prior art date
Application number
EA201270317A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201270317A1 (ru
Inventor
Цзюйчуй Рей Лин
Джордж И. Гу
Original Assignee
Эвокуа Уотер Текнолоджиз Пте. Лтд.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эвокуа Уотер Текнолоджиз Пте. Лтд. filed Critical Эвокуа Уотер Текнолоджиз Пте. Лтд.
Publication of EA201270317A1 publication Critical patent/EA201270317A1/ru
Publication of EA023476B1 publication Critical patent/EA023476B1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44Ion-selective electrodialysis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • B01D67/0006Organic membrane manufacture by chemical reactions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10Supported membranes; Membrane supports
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/76Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • B01D71/82Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74 characterised by the presence of specified groups, e.g. introduced by chemical after-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2218Synthetic macromolecular compounds
    • C08J5/2225Synthetic macromolecular compounds containing fluorine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2218Synthetic macromolecular compounds
    • C08J5/2231Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C08J5/2243Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds obtained by introduction of active groups capable of ion-exchange into compounds of the type C08J5/2231
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2275Heterogeneous membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/30Cross-linking
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2325/00Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/20Specific permeability or cut-off range
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2325/00Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/26Electrical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2325/00Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/42Ion-exchange membranes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/04Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/06Polyethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/16Homopolymers or copolymers of vinylidene fluoride
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124Water desalination
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

Рассматриваются электродиализные мембраны с высокой энергоэффективностью, имеющие низкие эксплуатационные затраты, и новый способ их получения. Мембраны используются для обессоливания воды и очистки сбросовой воды. Они являются эффективными в обессоливании морской воды благодаря их низкому электрическому сопротивлению и высокой избирательной проницаемости. Указанные мембраны получают новым способом, который дает мембраны, значительно более тонкие, чем существующие промышленные электродиализные мембраны. Мембраны получают полимеризацией одного или более монофункциональных ионогенных мономеров по меньшей мере с одним многофункциональным мономером в порах пористой основы.

Description

Варианты настоящего изобретения предусматривают ионообменные мембраны и способы их получения. Электродиализные мембраны, описанные здесь, сочетают низкое сопротивление и высокую избирательную проницаемость, что делает их высокоэффективными в применениях для обессоливания воды, в частности для обессоливания морской воды. Ионообменные мембраны, описанные здесь, получают полимеризацией одного или более монофункциональных, необязательно, нейтральных мономеров по меньшей мере с одним многофункциональным мономером в порах пористой основы.
Предпосылки создания изобретения
Ионообменные мембраны переносят катионы или анионы при электрическом или химическом потенциале. Ионообменные мембраны имеют либо отрицательно, либо положительно заряженные группы, присоединенные к полимерному материалу, определяющему объем мембраны. Противоионом каждого является переносимый ион. Катионообменная мембрана имеет неподвижные отрицательные заряды и подвижные положительно заряженные катионы. Аналогично, анионообменные мембраны имеют неподвижные положительно заряженные группы и подвижные отрицательно заряженные анионы. Свойства ионообменной мембраны регулируются количеством, типом и распределением неподвижных ионных групп. Указанные мембраны могут быть описаны как сильнокислотные и сильноосновные или слабокислотные и слабоосновные мембраны. Сильнокислотные катионообменные мембраны обычно имеют группы сульфокислоты в качестве заряженной группы, тогда как для слабокислотных мембран неподвижную заряженную группу дает обычно карбоновая кислота. Четвертичные и третичные амины, соответственно, обеспечивают неподвижные положительно заряженные группы в сильно- и слабоосновных анионообменных мембранах.
Среди наиболее важных применений ионообменных мембран находится обессоливание воды электродиализом ((ЭД) (ΕΌ)) в качестве электрогенерирующих источников в обратимом электродиализе и в качестве сепараторов в топливных элементах. Другие применения включают в себя извлечение ионов металлов в отраслях электроосаждения и металлизации и различные применения в пищевой и напитков промышленности.
Электродиализ обессоливает воду при переносе ионов и некоторых заряженных органических веществ через спаренные анионо- и катионоселективные мембраны под действием электродвижущей силы напряжения постоянного тока. ЭД-устройство состоит из электропроводящих и, по существу, водонепроницаемых анионоселективных и катионоселективных мембран, расположенных на противоположных стенках элемента. Смежные элементы образуют элементную пару. Мембранные пакеты состоят из многих, иногда сотен, элементных пар, и ЭД-система может состоять из многих пакетов. Каждый мембранный пакет имеет прямоточный ((ПТ) (ЭС)) анод на одном конце пакета и ПТ-катод - на другом конце. При ПТ-напряжении ионы движутся к электроду противоположного заряда.
Элементная пара состоит из двух типов элементов: разбавляющего элемента и концентрирующего элемента. В качестве иллюстративного примера рассматривается элементная пара с общей стенкой из мембраны катионного переноса и двумя стенками из мембран анионного переноса, образующими два элемента. Т.е. первая мембрана анионного переноса и мембрана катионного переноса образуют разбавляющий элемент, и мембрана катионного переноса и вторая мембрана анионного переноса образуют концентрирующий элемент. В разбавляющем элементе катионы проходят через мембрану катионного переноса, обращенную к аноду, но останавливаются спаренной мембраной анионного переноса концентрирующего элемента в направлении, обращенном к катоду. Аналогично, анионы проходят через мембрану анионного переноса разбавляющего элемента, обращенную к катоду, но останавливаются мембраной катионного переноса смежной пары, обращенной к аноду. Таким образом, соль в разбавляющем элемент будет удаляться, а в смежных концентрирующих элементах катионы будут поступать по одному направлению, а анионы по противоположному направлению. Потоки в пакете размещены так, что разбавленный и концентрированный потоки поддерживаются отдельно, и поток обессоленной воды получают из разбавленного потока.
В ЭД-способе материал обычно нарастает на поверхности мембраны в направлении электрического поля, что может снизить и обычно снижает эффективность способа. Для борьбы с указанным явлением был разработан обратный электродиализ ((ОЭД) (ΕΌΚ)), который является главным способом применения в настоящее время. В ОЭД электроды изменяют свою полярность на обратную на регулярной основе, например, каждые 15-60 мин.
Разбавленный и концентрированный потоки также одновременно переключаются, концентрат становится разбавленным потоком и наоборот. Таким образом, нарастания удаляются и промываются.
Как только концентрация в разбавляющих элементах падает ниже примерно 2000 мг/л, электрическое сопротивление находится на уровне, на котором требуемая энергии становится слишком дорогой. Для преодоления этого и для того, чтобы можно было получать воду высокого качества, была разработана электродеионизация ((ЭДИ) (ΕΌΙ)), иногда называемая непрерывной электродеионизацией ((НЭДИ) (СЕЭ1)). В данном способе элементы заполняются ионообменной средой, обычно шариками ионообменной смолы. Ионообменная среда имеет показатели, более проводящие, чем раствор. Ионы переносятся шариками к поверхности мембраны для передачи концентрирующим элементам. ЭДИ способна давать
- 1 023476 более чистую воду, чем ЭД при меньшей энергии, когда концентрация питания достаточно снижается.
ЭД-способы по обессоливанию воды имеют преимущества над обратным осмосом ((00) (КО)). Они требуют меньше предварительной обработки, что снижает рабочие затраты. Они имеют более высокое извлечение продукта воды и более высокую концентрацию рассола, т.е. меньше рассола сбрасывается.
Унивалентные селективные или одновалентные селективные мембраны переносят, главным образом, одновалентные ионы. Одновалентные селективные мембраны катионного переноса, главным образом, переносят натрий, калий и т.д. Аналогично, одновалентные селективные мембраны анионного переноса переносят такие ионы, как хлорид, бромид, нитрат и т.д.
Обратный осмос ((00) (КО)) преобладает в получении свежей воды из морской воды мембранными способами. Хотя электродиализ (ЭД) используется для обессоливания жесткой воды и сбросовой воды, он обычно считается слишком дорогим для использования для морской воды. Для того чтобы конкурировать с ОО, ЭД и ОЭД требуют сопротивление мембран менее 1 Ом-см2, предпочтительно менее 0,8 Ом-см2 и наиболее предпочтительно менее 0,5 Ом-см2. Желательна избирательная проницаемость более 90%, более предпочтительно более 95% и наиболее предпочтительно более 98%. Мембрана должна иметь длительный срок службы и быть физически прочной и химически стойкой и иметь низкую стоимость.
Обратный электродиализ (ОЭД) превращает свободную энергию, генерируемую при смешении двух водных растворов различной солености, в электрическую энергию. Чем больше различие в солености, тем больше потенциал генерирования энергии. Например, исследователи изучили ОЭД с использование воды Мертвого моря и свежей или морской воды. Исследователи в Голландии смешивали речную воду, поступающую в море, и морскую воду. ОЭД-мембраны предпочтительно имели низкое электрическое сопротивление и высокую совместную ионную селективность и длительный срок службы, приемлемые прочность и размерную стабильность и, что важно, низкую стоимость.
Полимерная электролитная мембрана ((ПЭМ) (РЕМ)) представляет собой тип ионообменной мембраны, которая служит как электролитом, так и сепаратором с предотвращением прямого физического смешения водорода от анода и кислорода, подаваемого к катоду. ПЭМ содержит отрицательно заряженные группы, обычно группы сульфокислоты, присоединенные или как часть полимера для получения ПЭМ. Протоны мигрируют через мембрану, перескакивая от одного фиксированного отрицательного заряда к другому с прохождением мембраны.
Требования к ПЭМ включают в себя химическую, термическую и электрохимическую стабильность и адекватную механическую стабильность и прочность при набухании и при механическом напряжении. Другие требования включают в себя низкое сопротивление, низкий перенос или предпочтительно отсутствие переноса метанола в прямых метанольных топливных элементах ((ПМТЭ) (ИМРС)) и низкую стоимость.
Разработка ионообменных мембран требует оптимизации свойств для того, чтобы преодолеть конкурирующие эффекты. Ионообменные мембраны для обессоливания воды традиционно должны отвечать четырем главным требованиям, чтобы считаться успешными. Эти характеристики являются следующими.
Низкое электрическое сопротивление для снижения падения потенциала в процессе работы и увеличения эффективности энергии.
Высокая избирательная проницаемость, т.е. высокая проницаемость для противоионов, но приблизительная непроницаемость для соионов.
Высокая химическая стойкость - способность выдерживать рН от 0 до 14 и окисляющие химические вещества.
Механическая прочность - мембрана должно быть способна выдерживать напряжения, возникающие при изготовлении, в модуле или другом перерабатывающем устройстве. Мембрана должна иметь хорошую размерную стабильность при работе и не разбухать и не усаживаться, когда ее контактирование с жидкостью изменяет концентрацию и температуру.
Разработчики мембран знают, что для данной химии, используемой для получения ионообменной мембраны, более тонкая мембрана дает более низкое сопротивление, а также обеспечивает большую поверхность мембраны на единицу объема устройства. Однако более тонкие мембраны являются более чувствительными к изменению размеров от окружающих факторов, таких как изменения ионной концентрации содержащихся жидкостей или изменения рабочей температуры. Кроме того, разработка и получение бездефектных мембран является более трудной для случая более тонких мембран, потому что имеется меньший предел погрешности в процессе изготовления мембраны, чем для более толстых мембран, где толщина мембраны перекрывает дефекты, которые могут иметь место при формовании мембраны.
Патент США 7226646 описывает ионопроводящую мембрану, содержащую ионопроводящий участок и иононепроводящий участок. Ионопроводящий участок образуется множеством каналов, проходящих через мембрану, заполненных ионообменным материалом. Каналы могут быть формованы в листе основы рядом способов, таких как сверление, химическое травление или перфорирование с обеспечением прямых сквозных каналов.
Предпочтительными размещениями каналов являются квадратные, прямоугольные, треугольные
- 2 023476 или шестиугольные массивы. Ионогенные полимеры размещаются в каналах с получением ионопроводящих участков. В некоторых вариантах оболочка соединяется с поверхностью основы или наносится на одну или обе поверхности.
Патент США 7649025 описывает композитную ионообменную мембрану, содержащую мембрануоснову и композицию ионообменной смолы в порах основы. Ионообменная смола является специальным классом ароматических простых полиэфиров. Что касается патента США 7537852, пористой мембраной является полибензазольная мембрана.
Патент США 7550216 описывает композитную твердую полимерную электролитную мембрану, содержащую пористую полимерную основу, взаимопроникающую с водорастворимым ионопроводящим материалом. Пористая полимерная основа содержит гомополимер или сополимер жидкокристаллического полимера, такого как полибензазольный ((ПБЗ) (ΡΒΖ)) или полиарамидный полимер. Предпочтительные полибензазольные полимеры включают в себя полибензоксазольные ((ПВО) (РВО)), полибензотиазольные ((ПБТ) (РВТ)) и плибензимидазольные ((ПБИ) (ΡΒΙ)) полимеры.
Предпочтительные полиарамидные полимеры включают в себя полипарафенилен-терефталамидные ((ПФТА) (РРТА)) полимеры. В других предпочтительных вариантах полимерная основа содержит термопластичный или термоотверждающийся ароматический полимер. Ионопроводящий материал содержит водорастворимый гомополимер или водорастворимый сополимер по меньшей мере одного из сульфированных ионопроводящих ароматических полимеров.
\ν.Π Соте & А88ос1а1е8, 1пс. (Ньюарк, Делавэр) описывает в патенте США 6254978 интегральную композитную мембрану, имеющую пористую полимерную мембрану, пропитанную перфторионообменным материалом с получением микропор поглощающей мембраны и поверхностно-активным веществом, имеющим молекулярную массу более 100, где толщина композитной мембраны составляет менее 0,025 мм. Патент США 5547551 описывает композитную мембрану, содержащую вспененную политетрафторэтиленовую мембранную основу, пропитанную ионообменным материалом, имеющую общую толщину менее 0,025 мм. Патенты США 5599614 и 5635041 также описывают композитные мембраны, содержащие микропористые вспененные ПТФЭ основы, пропитанные Ыайоп (Ε.Ι. ИиРой ^ПпйпдЮп ΌΕ). Мембраны Соте-8е1ес1 (\ν.Ε Соге & А88ос1а1е8, 1пс., Элктон, Мэрилэнд) представляют собой композитные мембраны, содержащие микропористую вспененную ПТФЭ мембрану, пропитанную ионообменным материалом.
Патент США 6110333 описывает композитную мембрану, содержащую ионообменный полимер и основу вспененного политетрафторэтиленового полимера, имеющего пористую микроструктуру полимерных фибрилл, причем указанный вспененный политетрафторэтиленовый полимер является по меньшей мере примерно на 85% кристаллическим.
Патент США 6689501 описывает композитную мембрану для использования в узле мембранаэлектрод топливного элемента, содержащую пористую полимерную основу и пропитывающий катионообменный материал, частично заполняющий основу, так что подложка содержит первый участок, имеющий поры, по существу, заполненные пропитывающим материалом, и второй, по существу, пористый участок. Катионообменный материал покрывает одну поверхность основы плотным поверхностным слоем, смежным с первым участком основы. Основа имеет более 10% остаточной пористости, и композитная мембрана является, по существу, газонепроницаемой и имеет по меньшей мере одну, по существу, пористую главную поверхность. Патент США № 5985942 описывает композитные мембраны, содержащие пористую основу и ионообменные материалы, содержащие замещенные трифторостирольные полимеры и сополимеры.
МсМа81ет Ишуегейу имеет два патента, относящиеся к композитным мембранам, имеющим полиэлектролиты или гидрогели, связанные или сшитые вокруг пористых структурных элементов основы. Патент США 6258276 рассматривает заряженные мембраны, содержащие пористую основу и сшитый полиэлектролит или гидрогель, расположенный в порах основы. Патент рассматривает полимеризацию в порах основы мономера или смеси мономеров с сшивающим агентом, причем мономер или смесь мономеров выбраны из таких мономеров, которые содержат функциональную группу, которая обеспечивает ионообменный участок, и таких, которые содержат группу, которая является восприимчивой к химической реакции, по которой такие функциональные группы последовательно вводятся в образованный на месте полимер. Альтернативно, несшитый полиэлектролит или гидрогель может быть образован в порах основы, как описано, и затем сшит.
Патент США 7247370 предусматривает асимметричные мембраны, состоящие из микропористой основы, чьи поры содержат сшитый гель, предпочтительно гидрогель или полиэлектролитный гель, расположенный в порах основы, где плотность сшитого геля является больше на или рядом с одной главной поверхностью мембраны, чем плотность на другой главной поверхности, так что имеется градиент распределения геля от одной главной поверхности мембраны к другой главной поверхности мембраны.
Патент США 5510394 рассматривает способ, где сплошной полимерный лист, который был отлит или экструдирован с фиксированным процентным содержанием высококипящего сложноэфирного пластификатора, затем погружается в или иным образом контактирует с одним или более мономером вместе с небольшой фракцией сшивающего бифункционального мономера, такого как дивинилбензол. Мономе- 3 023476 ры обмениваются с высококипящим пластификатором и полимеризуются в промежутках пленок основы. Мономерами могут быть ионосодержащие мономеры или мономеры, которые могут быть превращены после полимеризации в ионообменные мембраны, например, сульфированием фенильных групп или аминированием третичных аминов хлорометильных групп, присоединенных к ароматическим полимерам.
ΑΘ 2010/013861 описывает анионообменную композитную мембрану, которая получается пропиткой пористой пленки стиролсодержащим мономером, винилбензолсодержащим мономером, сшивающим агентом и инициатором и после полимеризации приданием функциональности полученному сшитому полимеру введением аммониевых ионов.
Мембраны, имеющие заряженные полимеры, являются известными. Заряженные мембраны, обычно отрицательно заряженные, используются для нанофильтрации. Такие мембраны получают так, что они имеют высокую водопроницаемость. Такие мембраны не подходят для ЭД, т.к. они имеют высокий осмотический поток благодаря их высокой водопроницаемости. Этот эффект дает плохое соионное ослабление. Мембраны для топливных элементов предназначаются для переноса водородных ионов и не подходят для переноса более крупных ионов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана зависимость между напряжением элементной пары и общим содержанием растворенных твердых веществ в растворе питания для эксперимента, описанного в примере 7.
На фиг. 2 показана конструкция ячейки для испытания мембран и электрода сравнения.
Краткое описание изобретения
Здесь описаны новые ионообменные мембраны для электродиализа, имеющие выигрышную комбинацию высокой энергоэффективности, дающей низкие эксплуатационные затраты, и высокой избирательной проницаемости. Мембраны используются для обессоливания воды и являются подходящими для обессоливания морской воды.
Мембраны получают способом, содержащим выбор подходящей пористой основы, насыщение пористых участков основы раствором, содержащим монофункциональный ионогенный, многофункциональный мономер и инициатор полимеризации, удаление избыточного раствора с поверхностей основы при оставлении пористого объема, насыщенного раствором, инициирование полимеризации использованием нагрева, ультрафиолетового излучения или ионизирующего излучения, необязательно, в отсутствие, по существу, всего кислорода с образованием сшитого ионопереносящего полимера, по существу, полностью заполняющего поры основы.
Микропористая основа предпочтительно содержит микропористые мембраны из полипропилена, высокомолекулярного полиэтилена, ультравысокомолекулярного полиэтилена или поливинилиденфторида. Основы имеют толщину предпочтительно не более примерно 55 мкм, более предпочтительно не более 25 мкм.
Описанные варианты катионообменных мембран имеют удельное электрическое сопротивление не более приблизительно 1,0 Ом-см2, предпочтительно не более приблизительно 0,5 Ом-см2. Предпочтительные варианты катионообменных мембран имеют избирательную проницаемость более приблизительно 95%, более предпочтительно более приблизительно 99%. Предпочтительными ионогенными мономерами для получения катионообменных мембран являются 2-сульфоэтилметакрилат ((2-СЭМ) (28ЕМ)) или 2-акриламид-2-метилпропансульфокислота ((АМПС) (ЛМР8)).
Предпочтительным сшивающим агентом является этиленгликольдиметакрилат.
Описанные варианты анионообменных мембран имеют удельное электрическое сопротивление не более приблизительно 1,0 Ом-см2, предпочтительно не более приблизительно 0,5 Ом-см2. Предпочтительные варианты анионообменных мембран имеют избирательную проницаемость более приблизительно 90%, более предпочтительно более приблизительно 95%. Предпочтительными ионогенными мономерами для получения анионообменных мембран являются триметиламмонийметилметакрилхлорид, сшитый этиленгликольдиметакрилатом, или глицидилметакрилат/Ы^-диметилэтилендиамин-реакционный продукт, сшитый этиленгликольдиметакрилатом, и сшитый ионопереносящий полимер, образованный полимеризацией Ы,М,№,№,№'-пентаметилдиэтилентриаминди(винилбензилхлорида) (четвертичная соль Ν,Ν,Ν',Ν',Ν''-пентаметилдиэтилентриамина и винилбензилхлорида) или 1,4-диазабицикло[2,2,2]октанди(винилбензилхлорида) (четвертичная соль 1,4-диазабицикло[2,2,2]октана ((ДАБЦО) (ΌΑΒΟΟ)) и винилбензилхлорида (ВБХ)).
Вариант указанных мембран получают полимеризацией одного или более ионогенных мономеров, нейтрального мономера и подходящего сшивающего мономера. Предпочтительным нейтральным мономером является гидроксиэтилакрилат и гидроксиметилметакрилат.
Подробное описание изобретения
Мембраны, описанные здесь, были разработаны в ответ на потребность в недорогостоящих мембранах для электродиализа и системах для обессоливания воды, в частности, в недорогостоящих энергоэффективных мембранах для электродиализа и системах для обессоливания воды.
Путем кропотливого и широкого экспериментирования авторами было установлено, что наилучшие
- 4 023476 катионообменные мембраны ((КОМ) (СЕМ)) или анионообменные мембраны ((АОМ) (АЕМ)) получаются способами и процедурами, описанными здесь. Имея ввиду проблему разработки ионообменных мембран, подходящих для экономичного обессоливания воды, авторы установили, что требуется механически прочная мембрана, имеющая низкое электрическое сопротивление и высокую избирательную проницаемость. Кроме того, было сделано заключение, что достижение низкого сопротивления требует тонкой мембраны.
Высокая механическая прочность позволяет мембране выдерживать напряжения непрерывного способа получения мембраны и быть изготовленной и герметизированной в конечном мембраносодержащем устройстве или модуле без явного повреждения или скрытого повреждения, которые могут появиться через некоторое время работы. Кроме того, механическая прочность обеспечивает высокую размерную стабильность. ЭД-мембрана должна иметь минимальное изменение размеров при работе в качестве устройств обессоливания, в ходе процессов очистки, санитарной обработки или очистки от засорения или в процессе перевозки или при хранении. Высокая размерная стабильность при изменении ионного содержания или температуры, например жидкости, контактирующей с КОМ, является важной, потому что изменения в процессе работы расстояния между мембранными парами могут привести к токовой неэффективности. Изменения в размерах в процессе электродиализа могут также вызвать напряжения в закрепленной ЭД-мембране, приводящие к дефектам мембраны и плохим характеристикам.
Низкое сопротивление снижает количество электрической энергии, требуемой для обессоливания, и снижает эксплуатационные затраты. Удельное сопротивление мембраны измеряется в Ом-см (Ω ст). Более точной технической мерой является Ом-см2 (Ω ст2). Удельное электрическое сопротивление может быть измерено с использованием ячейки, имеющей два электрода известной площади, причем обычно используются платина или графит, с образцом мембраны известной площади между ними в электролитном растворе. Электроды не касаются мембраны. Сопротивление мембраны определяется при вычитании сопротивления электролита без мембраны из результата испытания с мембраной на месте. Сопротивление может быть также измерено при определении кривой напряжение - ток в ячейке, имеющей два хорошо перемешивающихся отсека, разделенных мембраной. С помощью каломельного электрода измеряют падение потенциала через мембрану. Определяют наклон кривых падение потенциала - ток, которые могут быть получены при варьировании напряжения и измерении тока. Может также использоваться электрохимический импеданс. В данном методе через мембрану пропускают переменный ток. Измерение при единственной частоте дает данные, относящиеся к электрохимическим свойствам мембраны. При использовании варьирования частоты и амплитуды может быть получена подробная структурная информация. Здесь сопротивление определяется методами, описанными в экспериментальной части.
Избирательная проницаемость относится к относительному переносу противоионов к соионам в процессе электродиализа. Для идеальной катионообменной мембраны только положительно заряженные ионы будут проходить через мембрану, давая избирательную проницаемость 1,0. Избирательную проницаемость определяют при измерении потенциала через мембрану, когда она разделяет растворы одновалентной соли различных концентраций. Методика и расчеты, используемые здесь, описаны в экспериментальной части.
Чтобы добиться указанных первоначальных целей, авторы изобретения разработали тип композитной ионообменной мембраны, в которой сшитый полимер, имеющий присоединенные заряженные ионные группы, содержится в порах микропористой основы мембраны. Пористая основа мембраны имеют толщину, предпочтительно менее приблизительно 155 мкм, более предпочтительно менее приблизительно 55 мкм.
Предпочтительными являются мембраны с основой, имеющие пористость более примерно 45%, причем мембраны, имеющие пористость более примерно 60%, являются более предпочтительными. В наиболее предпочтительных вариантах мембраны с основой имеют пористость более примерно 70%. Предпочтительные мембраны с основой имеют номинальный размер пор от приблизительно 0,05 до приблизительно 10 мкм с более предпочтительным интервалом от приблизительно 0,1 до приблизительно 1,0 мкм. Наиболее предпочтительные мембраны с основой имеют номинальный размер пор от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2 мкм.
Микропористые основы мембран могут быть получены из полиолефинов, поливинилиденфторида или других полимеров. Класс предпочтительных основ содержит тонкие полиолефиновые мембраны, полученные, главным образом, для использования в качестве сепараторов аккумуляторов. Более предпочтительный класс основ представляет собой тонкие аккумуляторные сепараторы, полученные из ультравысокомолекулярного полиэтилена ((УВМПЭ) (ИНМ^РЕ)).
Для получения желательных ионообменных мембран авторы изобретения разработали способ помещения сшитого заряженного полимера в поры основы при полимеризации сшитого полимера в указанных порах. Способ включает в себя насыщение пористой основы раствором заряженного мономера, многофункционального мономера (например, сшивающего агента) и инициатора полимеризации. Здесь термин ионогенный мономер используется для обозначения мономерных частиц, имеющих по меньшей мере одну заряженную группу, присоединенную ковалентно. Заряженная группа может быть поло- 5 023476 жительно заряженной или отрицательно заряженной. В варианте сшитый полимер получают полимеризацией многофункционального заряженного мономера. Полимеризация инициируется теплом или ультрафиолетовым излучением. Монофункциональные мономеры являются мономерами, которые имеют единственный участок для осуществления реакции полимеризации. Многофункциональные мономеры имеют более одного участка полимеризации и, таким образом, могут образовать сетчатые или сшитые полимеры.
Следующая лабораторная методика используется для исследования рецептуры и эффектов способа при получении небольших купонов для определения удельного электрического сопротивления и избирательной проницаемости. Штампом вырубают купоны пористой основы мембраны диаметром 43 мм. Также штампом вырубают несколько более крупные диски (диаметром 50 или 100 мм) из прозрачных сложнополиэфирных листов. Для поддержания группы купонов обычно используют 105 мм алюминиевую лодочку для взвешивания. Купоны размещают сэндвичеобразно между двумя дисками из сложнополиэфирной пленки. Сначала купоны основы тщательно смачивают мономерным раствором с получением образца для испытаний. Это выполняют введением в алюминиевую лодочку рецептурированного раствора и погружением диска из сложнополиэфирной пленки с наслоенным на него купоном основы в раствор, так что пористая основа насыщается. Насыщенную основу затем удаляют из мономерного раствора и помещают на кусок сложнополиэфирной пленки. Воздушные пузырьки удаляют из купона, например, разглаживанием или сдавливанием подходящим инструментом, таким как небольшой стеклянный пруток, или рукой. Второй сложнополиэфирный диск затем наслаивают сверху первого купона и разглаживают, чтобы иметь полный поверхностный контакт между купоном и нижним и верхним слоями сложнополиэфирной пленки. Затем на верхнюю сложнополиэфирную пленку наслаивают вторую пористую основу и повторяют насыщение, разглаживание и добавление верхнего слоя сложнополиэфирной пленки с получением многослойного сэндвича из двух купонов и трех защитных слоев сложнополиэфирной пленки. Обычный экспериментальный прогон дает многослойный сэндвич из 10 или более слоев насыщенных купонов основы. Если требуется, кромка алюминиевой лодочки может быть изогнута вниз для удержания сборки диск/купон.
Лодочку и сборку затем помещают в герметизирующийся мешок, обычно полиэтиленовый мешок с застежкой-молнией, и перед герметизацией мешка вводят низкое избыточное давление инертного газа, обычно азота. Мешок, содержащий лодочку и сборку купона, помещают в термошкаф при 80°С на 30 мин. Мешок удаляют и охлаждают, и теперь активные купоны катионообменной мембраны помещают в 0,5н. ЫаС1 раствор при 40-50°С по меньшей мере на 30 мин, причем было установлено, что пропитывание Ναί'Ί до 18 ч является достаточным.
Мономеры, содержащие отрицательно заряженные группы, используемые для получения катионообменных мембран настоящего изобретения, включают в себя в качестве типичных примеров (без ограничения такими примерами): сульфированные акриловые мономеры, подходящие для обеспечения катионообменной емкости, например 2-сульфоэтилметакрилат ((2-СЭМ) (2-δΕΜ)), 2-пропилакриловую кислоту, 2-акриламид-2-метилпропансульфокислоту ((АМПС) (ΑΜΡδ)), сульфированный глицидилметакрилат, 3-сульфопропилметакрилат, натрий-1-аллилокси-2-гидроксипропилсульфонат и т.п.; другими примерами мономеров являются акриловая и метакриловая кислоты или их соли, натрийстиролсульфонат, стиролсульфокислота, сульфированный винилбензилхлориднатрий-1-аллилокси-2гидроксипропилсульфонат, 4-винилбензойная кислота, трихлоракриловая кислота, винилфосфорная кислота и винилсульфокислота. Предпочтительными мономерами являются 2-сульфоэтилметакрилат ((2СЭМ) (2-δΕΜ)), стиролсульфокислота и ее соли и 2-акриламид-2-метилпропансульфокислота ((АМПС) (ΑΜΡδ)).
Мономеры, содержащие положительно заряженные группы, используемые для получения анионообменных мембран настоящего изобретения, включают в себя в качестве типичных примеров (без ограничения такими примерами) метакриламидопропилтриметиламмонийхлорид, триметиламмонийметилметакрилат, четвертичные соли полиаминов и винилароматических галогенидов, например (но не ограничиваясь этим) 1,4-диазабицикло[2,2,2]октанди(винилбензилхлорид) (четвертичная соль 1,4диазабицикло[2,2,2]октана (ДАБЦО) (ЭАВСО) и винилбензилхлорида), или четвертичные соли, образованные взаимодействием циклических простых эфиров, полиаминов и алкилгалогенидов, например (но не ограничиваясь этим) иодоэтилдиметилэтилендиамино-2-гидроксипропилметакрилат (четвертичная аммониевая соль, образованная при взаимодействии глицидилметакрилата (ГМА) с Ν,Νдиметилэтилендиамином и этилиодидом) и винилбензилтриметиламмонийхлорид.
Предпочтительными мономерами для анионообменных мембран являются: триметиламмонийметилметакрилхлорид, 3 -акриламидопропилтриметиламмонийхлорид, 1,4-диазабицикло [2,2,2]октанди(винилбензилхлорид) (четвертичная соль 1, 4-диазабицикло[2,2,2]октана (ДАБЦО) (ЭАВСО) и винилбензилхлорида), Ν,Ν,Ν',Ν',Ν''-пентаметилдиэтилентриаминдивинилбензилхлорид (четвертичная соль Ν,Ν,Ν',Ν',Ν''-пентаметилдиэтилентриамина и винилбензилхлорида), продукт взаимодействия глицидидметакрилат/триметиламин или глицидидметакрилат^^-диметилэтилендиамин.
Многофункциональные мономеры, подходящие для обеспечения сшивки мономерами, содержащими отрицательно или положительно заряженные группы, включают в себя в качестве типичных приме- 6 023476 ров (без ограничения такими примерами) этиленгликольдиметакрилат, 1,3-бутандиолдиметакрилат, 1,3бутандиолдиакрилат, 1,4-бутандиолдиметакрилат, 1,4-бутандиолдиакрилат, 1,6-гександиолдиакрилат, пентаэритриттриакрилат, тетраэтиленгликольдиметакрилат, дивинилбензол, триметилолпропантриакрилат, изофорондиизоцианат, глицидилметакрилат, триметилолпропантриметакрилат, этоксилированный (п) (бисфенол А)ди(мет)акрилат (п=1,5, 2, 4, 6, 10, 30), этоксилированный (п) триметилолпропантри(мет)акрилат (п=3, 6, 9, 10, 15, 20), пропоксилированный (п) триметилолпропантри(мет)акрилат (п=3, 6), винилбензилхлорид, глицидилметакрилат и т.п.
Могут использоваться многофункциональные мономеры, содержащие одну или более ионных групп. Без ограничения примером могут использоваться такие мономеры, как 1,4-дивинилбензол-3сульфокислота.
Степень сшивки может находиться в интервале от 2 до 60%.
Свободнорадикальные инициаторы, используемые для настоящего изобретения, включают в себя (но не ограничиваясь этим) пероксид бензоила (ВРО), персульфат аммония, 2,2'-азобисизобутиронитрил ((АИБН) (ΑΙΒΝ)), 2,2'-азобис(2-метилпропанамидин)дигидрохлорид, 2,2'-азобис[2-(2-имидазолин-2ил)пропан]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[2-(2-имидазолин-2-ил)пропан} и диметил-2,2'-азобис(2-метилпропионат).
Специалисту в области разработки и изготовления мембран будет понятно, что указанная подходящая лабораторная методика может быть применена для других лабораторных способов и может быть расширена до непрерывного способа получения.
Например, заполнение или насыщение пор основы может выполняться при слегка повышенной температуре (больше 40°С) для снижения растворимости воздуха, или указанная стадия может осуществляться после умеренной вакуумной обработки образца основы, погруженного в раствор рецептуры. Образцы основы могут быть предварительно пропитаны, а затем помещены на сложнополиэфирный или подобный лист и покрыты наружным листом и разглажены для удаления пузырьков воздуха. Несколько предварительно пропитанных кусков могут быть наслоены друг на друга, а затем помещены на сложнополиэфирный или подобный лист и покрыты наружным листом и разглажены для удаления пузырьков воздуха.
В большей степени, чем нагревание в термошкафу, сэндвич насыщенной основы может быть помещен на нагретую поверхность при достаточной температуре в течение времени, необходимого для инициирования и осуществления полимеризации. Могут использоваться альтернативные способы инициирования реакции полимеризации. Для инициирования реакции полимеризации могут быть использованы ультрафиолетовое излучение или ионизирующее излучение, такое как гамма-излучение и электроннолучевое излучение.
Непрерывный пилотный или промышленный способ получения может содержать стадию насыщения пористой основы, за которой следует стадия инициирования и осуществления полимеризации, за которой следует стадия вымывания или выщелачивания неполимеризованных частиц из только что формованной мембраны. Мембрана может быть оптимально высушена. Кондиционирование солевым раствором может быть выполнено в непрерывном способе окунания, например, с помощью емкости солевого раствора или путем пропитывания намотанного рулона мембраны, или после изготовления в модуле.
Если в рецептуре мономерного раствора содержится растворитель, который смачивает основу, способ будет начинаться с подачи основы из рулона в и через емкость рецептуры мономера и вытиранием избыточного раствора. Насыщенная основа затем может быть расположена сэндвичеобразно между двумя слоями пластиковых листов, подаваемых из рулонов, и зажата между двумя валками для удаления воздуха и получения гладкой многослойной сборки. Предпочтительным листовым материалом является полиэтилентерефталатная пленка. Указанную сборку затем пропускают через печь или поверх нагретого валка с инициированием и осуществлением полимеризации. Альтернативно, пропускают насыщенный лист через печь с атмосферой инертного газа. Указанный альтернативный вариант является подходящим для использования с растворителями, имеющими высокую точку кипения.
Может использоваться инициирование ультрафиолетовым излучением с подходящими инициаторами. Описанный трехслойный сэндвич пропускают через туннель или другое технологическое оборудование, имеющее впуск и выпуск листа основы, с источниками ультрафиолетового излучения на одной или обеих сторонах листа. В случае высококипящей рецептуры это может выполняться в атмосфере инертного газа.
Если используется трехслойный сэндвич, наружные листы удаляют после полимеризации и только что формованную мембрану промывают и необязательно сушат.
В экспериментах, приведенных в разделе Примеры, органический растворитель Νметилпирролидон используют в качестве носителя реагента. Предпочтительный класс растворителей представляет собой биполярные апротонные растворители. Без ограничения некоторые примеры подходящих растворителей включают в себя диметилацетамид, диметилформамид, диметилсульфоксид, гексаметилфосфорамид или -триамид, ацетонацетонитрил и ацетон. Данный класс растворителей имеет преимущество мономеров, содержащих сольватирующую ионную группу, и мономеров, которые являются водонерастворимыми.
- 7 023476
Другими найденными используемыми растворителями являются н-пропанол и дипропиленгликоль. Подобно гидроксисодержащим растворителям, таким как спирты, например изопропанол, бутанол, в некоторых случаях могут использоваться диолы, такие как различные гликоли, или полиолы, такие как глицерин. Они даются как примеры, но не как ограничение для специалиста.
Рассмотренные растворители могут использоваться в отдельности или в комбинации. В некоторых случаях они могут использоваться с водой для увеличения растворимости ионосодержащих органических веществ.
Это позволяет разработчику мембран иметь широкий ряд мономерных смесей, из которых разрабатывается сшитый сополимер, для того, чтобы получить оптимальный баланс свойств. При комбинировании водорастворимого и/или водонабухающего ионосодержащего мономера с водоненабухающим сомономером разработчик может получить сополимер с высоким уровнем ионных групп и сниженным набуханием при использовании в обессоливании воды. Такие сополимеры имеют лучшую физическую прочность в воде и достаточно меньшее изменение размеров при использовании в результате изменения ионного содержания в воде или изменений температуры.
Ранние попытки получить ионопереносящие мембраны с пористой основой были основаны на впитывании ионопроводящего полимера в порах основы. Патент США 7550216 использует водорастворимый ионопроводящий полимер. В воде такие полимеры расширяются благодаря отталкиванию зарядов от подобных зарядов на мономерных звеньях. Это затрудняет диффузию в поры основы и снижает количество заряда, который может быть перманентно помещен в основу. Патент США 7550216 также показывает, что водонерастворимые (т.е. с раствором-носителем на основе органического растворителя) ионопроводящие полимеры не дают удовлетворительные мембраны для топливных элементов. Используемый способ для получения указанных мембран требует очень длительных повторяющихся процедур сушки/пропитывания, что будет увеличивать стоимость изготовления. Кроме того, стадии сушки/пропитывания необходимы для полного уплотнения мембраны, что указывает на то, что диффузия полимера не полностью заполняет пористые участки.
Авторы настоящего изобретения превзошли стандартные требования к электродиализной мембране в настоящих вариантах. Тогда как механическая прочность мембраны, имеющей низкое электрическое сопротивление и высокую избирательную проницаемость, являются основными требованиями для мембраны для электродиализа морской воды, другие характеристики являются важными для получения оптимального баланса свойств.
Авторы некоторых вариантов изобретения, описанного здесь, также разработали ионообменные мембраны, которые имеют сниженную водопроницаемость. Проницаемость разбавленного потока через дефекты мембраны под действием движущей силы разности осмотического давления между разбавленным и концентрированным потоками ухудшает высокую эффективность. Водопроницаемость снижает эффективность по току и производительность очищенной воды при удалении чистой воды. Потеря воды является особенно сильной в электродиализе морской воды с тонкими мембранами, поскольку высокая разность концентрации между стороной концентрата (рассола) мембраны и стороной чистой воды мембраны увеличивает осмотическую движущую силу. Дефекты мембраны являются особенно вредными для работы, т.к. высокое осмотическое давление будет нагнетать чистую воду через такие дефекты и увеличивать потерю воды и увеличивать энергопотребление.
Для снижения водопроницаемости авторы изобретения разработали несколько способов, которые могут быть применены в способе получения мембраны для того, чтобы получать мембрану с минимальными дефектами, предпочтительно, по существу, без дефектов. В примерах, в частности в примерах 1 и 2, было показано кажущееся оптимальное время пропитывания с получением наилучшей комбинации свойств мембраны. В примере 1 время пропитывания от 6 до 24 ч дает наилучшую комбинацию низкого удельного электрического сопротивления и высокой избирательной проницаемости. В примере 2 при использовании различных рецептур мономера время пропитывания от 1 до 3 ч дает наилучшую комбинацию указанных свойств. Авторами изобретения также установлено, что процедура, включающая в себя двойной способ заполнения пор, снижает дефекты без значительного ухудшения удельного электрического сопротивления и с улучшением кажущейся избирательной проницаемости. Одна или обе указанные находки могут быть использованы в укрупненном способе.
Кроме того, сшитый полимер, используемый для заполнения пористой основы, был разработан так, чтобы иметь структуру, обеспечивающую высокую проницаемость катионов и низкий осмотический поток. Кажущаяся избирательная проницаемость представляет собой отношение скорости переноса противоионов (катионов) к соионам (анионам), но не показывает скорость удаления противоионов.
Проницаемость катионов регулируется структурой иона (молекулярным размером и общим зарядом) и эффектом микроструктуры мембраны. Микроструктура мембраны может замедлять проницаемость противоинов, если можно считать, что мембрана имеет поры, которые являются небольшими. Данный качественный термин означает, что противоионы сталкиваются с высоким сопротивлением от взаимодействия с мембранным материалом при пересечении мембраны, как если бы они пересекали тоннель, слегка больший, чем их кажущийся диаметр. Мембрана может иметь относительно низкое водосодержание, которое будет снижать пути для проницаемости противоионов. При установлении баланса
- 8 023476 содержания гидрофильного мономера для увеличения проницаемости противоионов с количеством и природой сшивающего мономера могут быть оптимизированы водосодержание и эффективный размер пор. Сшивающий мономер является обычно гидрофобным химическим веществом, но может быть выбран гидрофильным.
Результаты экспериментов 1, 2 и 4 показывают, как различие в рецептуре может влиять на свойства мембраны. Для показа этого в таблице ниже приведены некоторые результаты. Рецептура дается в массовых процентах реагентов. Удельное электрическое сопротивление и избирательная проницаемость даются при времени пропитывания, которое дает наилучшую комбинацию свойства (номер образца в скобках). Когда % 2-СЭМ снижается с постоянным % сшивающего мономера (ЭГДМ), удельное электрическое сопротивление увеличивается, а избирательная проницаемость снижается, иногда более явно заметно с основой АРогоик. Необходимо отметить очень низкое удельное электрическое сопротивление и высокую избирательную проницаемость образца 24.
№ эксперимента % 2-СЭМ % нейтрального мономера % ЭГДМ Удельное электрическое сопротивление Тек1оп, ч Удельное электрическое сопротивление АРогоиз, ч Кажущаяся избирательная проницаемость ТеЫоп, ч Кажущаяся избирательная проницаемость А Рогова, ч
1 35 35 30 0,91 (6) 0,21 (24) 101,8 ( 99,26 (24)
2 30 40 30 1,48(3) 1,45(1) 99,05 ( 97,6 (1)
4 18 52 30 1,39 (3) 1,05 (1) 96,9(1) 92,2 (1)
Из представленных здесь результатов видно, что получение ЭД-мембраны для обессоливания морской воды является трудной проблемой. Авторами изобретения установлено, что некоторые комбинации параметров получения мембраны дают мембраны с удельным электрическим сопротивлением менее 1,0 Ом-см2, а в некоторых случаях менее 0,5 Ом-см2 и с избирательной проницаемостью более 90%.
В примере 1 длительное время пропитывания 6-24 ч дает превосходные мембраны с удельным электрическим сопротивлением от приблизительно 0,2 до приблизительно 1,0 Ом-см2 и избирательной проницаемостью более 99%. Когда рецептуру изменяют до высокого уровня растворителя в примере 2, время пропитывания для получения 99% избирательной проницаемости составляет 0,5-1,0 ч, хотя удельное электрическое сопротивление составляет 1-2 Ом-см2.
Табл. 8 примера 3 иллюстрирует использование двух различных рецептур для способа двойного заполнения пор. Средние значения и стандартное отклонение для удельного электрического сопротивления составляют 1,31 Ом-см2 (интервал 0,38-1,72) и 0,481 и для избирательной проницаемости - среднее 97,02% (интервал 95,77-98,08%) и стандартное отклонение 0,918. Разброс, как рассчитано по отношению стандартного отклонения к среднему значению, является больше для удельного электрического сопротивления, чем для избирательной проницаемости, 0,395 к 0,0094. Это указывает на то, что низкие значения удельного электрического сопротивления в сочетании с высокой избирательной проницаемостью являются возможными (см. образец МВ), но что трудно регулировать удельное электрическое сопротивление.
Пример 4 выполняют с рецептурой, имеющей наиболее высокий уровень нереакционного растворителя (приблизительно 52% Ν-метилпирролидона (Ν-МП)). Здесь эффект времени пропитывания не виден, что указывает на то, что имеется оптимальная комбинация содержания растворителя и времени пропитывания. Поскольку в указанных примерах процентное содержание сшивки является постоянным, это является тем же, что и установление оптимального уровня 2-СЭМ для указанных конкретных условий переработки.
Пример 5 показывает примеры анионообменных мембран. В табл. 11 показаны примеры, где варьируются основы и сшивающие агенты. Результаты показывают, что тип основы играет важную роль в количестве полимера, образованного в основе (прирост мас.%). Основы Се1датй(/С) и Питароге(/Р) имеют наиболее высокий первый массовый прирост для каждого сшивающего агента во всех случаях, кроме одного, за которым следует Т1еопа(/Т). Однако мембраны с Т1еопа-основой имеют очень высокое удельное электрическое сопротивление (строки 6, 13 и 18). Сшитые ПЭТА (РЕТА) мембраны с Се1датйосновой имеют высокий массовый прирост, которые необычно также имеют увеличенное удельное электрическое сопротивление после второго заполнения пор. После второго заполнения пор избирательная проницаемость обычно увеличивается на несколько процентов. Данные по массе и удельное электрическое сопротивление различаются так значительно, что отсутствует ясное понимание соотношения между типом сшивающего агента и свойствами основы. Указанные результаты показывают, что необходимо значительное экспериментирование.
В примерах в табл. 12 приводятся результаты по дополнительным комбинациям основ и рецептур. Некоторые имеют удельное электрическое сопротивление менее 0,5 Ом-см2 и избирательную проницаемость более 90% (некоторые примеры строки 2 и строк 3, 4) и удельное электрическое сопротивление менее 1,0 Ом-см2 и избирательную проницаемость более 90% (строки 13, 32). Мембраны на основе аддукта ПМДЭТА/ВБХ и ДАБЦО/ВБХ имеют наиболее высокую избирательную проницаемость, наблюдаемую в указанной работе по АОМ. В целом, комбинация рецептуры ТМАЭМХ/ЭДГМ и АРогоик- 9 023476 основы имеет наилучшую консистенцию и хорошую комбинацию свойств.
В примере 6 даются результаты по непрерывному машинному прогону с использованием рецептур, разработанных в предыдущих экспериментах, рассмотренных выше. В табл. 15 приведены используемые рецептуры и основы. Разработка мембран продвинулась до стадии, когда 10-элементный прототипный модуль может использоваться для испытаний. Результаты стандартных испытаний показаны в табл. 16.
Таблица 16
Тип мембраны Удельное электрическое сопротивление (Ом-см2) Кажущаяся избирательная проницаемость (%)
Катионный примера 6 0,9163 104
Анионный примера 6 0,8132 93,5
Промышленный катионный приблизительно 2,8 94
Промышленный анионный приблизительно 2,8 104
Напряжение, требуемое для указанных мембран при различных концентрациях соли, показано на фиг. 1. Можно видеть, что мембраны примеров требуют более низкое напряжение, чем промышленные мембраны при одинаковой плотности тока, т.е. являются более энергоэффективными. Это особенно видно при концентрации соли ниже 5000 ч./млн. Низкое удельное электрическое сопротивление при сравнимой избирательной проницаемости прямо указывает на отсутствие случайных дефектов.
В упомянутом примере экспериментальный прогон получения одного варианта анионообменной мембраны настоящего изобретения, использующий более тонкую основу, дает восемнадцать образцов для определения присутствия дефектов. Для определения дефектов в образцах мембран используют кажущуюся избирательную проницаемость. Приведенные ниже данные показывают низкое стандартное отклонение кажущейся избирательной проницаемости, что указывает на отсутствие случайных дефектов.
Средняя кажущаяся избирательная проницаемость равна 93,75%.
Стандартное отклонение равно 0,0031.
Рецептура: ТМАЭМХ 58,1%, ЭГДМ 18,1%, ДПГ 16,4%, 1-пропанол 6,7%, АИБН 0,7%; основа: Тек1оп, 35 мкм, пористость 48%.
Результаты, описанные для примера 6, не ограничиваются описанными рецептурами и другими условиями способа, но приводятся для показа одного примера исключительных электродиализных мембран, разработанных как результат длительных и трудных экспериментальных исследований.
Другое улучшение было неожиданно найдено (данные в табл. 17) при введении в рецептуру незаряженного нейтрального мономера. Предпочтительными нейтральными мономерами являются гидроксиэтилакрилат, гидроксиэтилметакрилат и винилбензилхлорид. Авторы изобретения считают, что указанные мономеры и подобные мономеры замедляют фазовое разделение и дают более гомогенный сшитый полимер. Другими мономерами являются, например, (но не ограничиваясь этими примерами) метилметакрилат, этилметакрилат и гидроксипропилакрилат. В табл. 17 примера 7 приведены результаты экспериментов, выполненных с несколькими рецептурами, использующими два ионогенных мономера (ВБТМАХ и ТМАЭМХ) и гидроксиэтилакрилат в качестве нейтрального мономера с дивинилбензолом, используемым в качестве мономера-сшивающего агента. Результаты показывают непротиворечивые значения удельного электрического сопротивления ниже 1 и до приблизительно 0,5 Ом-см2. Избирательная проницаемость находится в интервале 92-95%. Предпочтительной основой является АРогоик Н6А.
Результаты, кроме того, показывают важность выбора правильной мембраны с основой, т.к. мембрана с АРотоик-основой непротиворечиво дает мембраны со значениями удельного электрического сопротивления менее 1,0, тогда как основы как Тек1оп 3, так и §о1ирот 16Р10А дают значения выше 1.
Авторы изобретения регулируют свойства мембран путем балансирования количества сшивки, образованной в полимеризованной мембране. Обычно высокий уровень сшивки дает высокую избирательную проницаемость с конкурентным высоким удельным электрическим сопротивлением. Наоборот, слишком низкое содержание сшивки дает низкое удельное электрическое сопротивление, но низкую избирательную проницаемость. Без желания быть ограниченным последующим авторы изобретения также считают, что некоторые свойства полимеризующейся рецептуры влияют на получаемую мембрану. Считается, что использование микропористой основы улучшает свойства мембраны при снижении микрогетерогенности образованного полимера. Считается, что это обусловлено стесненным образованием сшитого полимера в пористом объеме, возможно улучшенным поверхностными эффектами гидрофобных стенок пор. При полимеризации ионогенного мономера (гидрофильного) и гидрофобного сшивающего агента имеется тенденция разделения и агрегирования гидрофобных и гидрофильных участков. Даже с гидрофильными сшивающими агентами, такими как этиленгликольдиметакрилат, авторы изобретения видят очевидность фазового разделения, когда пленка раствора наносится на плотную пленку основы, например полиэтилентерефталатную пленку, т.к. нанесенный раствор становится мутным, когда растворитель удаляется. Авторы изобретения считают, что улучшенная комбинация низкого удельного электрического сопротивления и высокой кажущейся избирательной проницаемости обусловлена, в частно- 10 023476 сти, замедленным движением, порожденным микропористыми размерами пор и возможно добавленным гидрофобным отталкиванием стенок пор.
Заключение, показанное указанными примерами, состоит в том, что мембраны с заданными свойствами: удельным электрическим сопротивлением менее 1,0 Ом-см2 или более предпочтительно менее 0,5 Ом-см2 и 90% избирательной проницаемостью могут быть получены. Для катионообменных мембран показана избирательная проницаемость более 99% с подобным заданным удельным электрическим сопротивлением.
Экспериментальная работа показывает, что важным является надлежащий выбор основы, но что различные рецептуры комбинируют различно с основами, так что общий выбор не может быть сделан. Параметры способа, такие как время пропитывания, являются также важными. Специалист в области разработки мембран и, в частности, разработки ЭД-мембран способен использовать указанные примеры и описание здесь, чтобы получить мембраны, имеющие заданные свойства, с использованием стандартных экспериментальных методик и без излишнего экспериментирования.
Экспериментальные примеры
Следующие примеры предназначены для иллюстрации степени усилий, затраченных на разработку рассматриваемых мембран. Полученные результаты показывают, что ионообменные мембраны, имеющие желаемые свойства, могут быть получены и что возможны улучшения при дополнительном экспериментировании. Указанные результаты предназначены быть иллюстративными и указывать направления разработки специалистам в области разработки мембран и связанных областей техники и не должны ограничивать ни в какой степени рассматриваемый здесь объект. Свойства и поставщики основ даются ниже в табл. 1.
Таблица 1
Материалы основы
Используемые листы основы
Сокращенное наименование Торговая марка Изготовитель Материал Номинальный размер пор Толщина, мкм Пористость, %
АРН6А АРогоиз Н6А АРогоиз ВШепса МА пэвп 0,1 52 68
АР514 АРогоиа 514 пэвп 0,1 84 77
АРН5А АРогош Н5А пэвп
ΑΡΟ11ΗΝ АРогоизСПНИ пэвп 0,1 22 57
Τ32 Ткопа 32 Т1сопа Еп^теепп^ Ро1утег5 АиЬит Ηίΐΐδ ΜΙ УВМПЭ
Т25 Т1сопа 25 25
Р Вигароге ОУРР МйЗйроге ВШепса МА ПВДФ 0,2 75-120 75
Тк ТеИоп ΗΡΙΡ32 Ешек ЬеЬапоп, ОК УВМПЭ 32 48
ϋ5 Оеи’а150 Эе^а1 Ιηάιι&ίήβδ Заипйетои/п ΡΙ УВМПЭ
ϋ2 Оеиа1 20 УВМПЭ
С47 Се1§аг4 47 СЕЬОАКО СЬаНоИе ΝΟ пп
С2402 Се18ап12420 пп 32 45
516Р5А Зо1ирог 16Р5А ЬубаН РШгайоп КосЬемег N 0,5 60 и 115 83% и 85%
515Р10А 5о1ирог 16РЮА 0,9 120 85
ΕΖ2090 Се1§агд Се1§аг<1 пп 0,097 20 64
ΕΖ2590 Се1§агс1 Се1§аг4 пп 0,1 20 66
Пример 1.
Рецептура обрабатывающего раствора состоит из ионного сульфированного метакрилата 2сульфоэтилметакрилата (2-СЭМ; СЛ8 # 10595-80-9), этиленгликольдиметакрилата (ЭГДМ; СЛ8 # 97-905) с нереакционным растворителем Ν-метилпирролидоном (Ν-МП; СЛ8 # 873-50-4) и свободнорадикальным инициатором полимеризации 2,2-азобисизобутиронитрилом (АИБН; СЛ8 # 78-67-1) νΑΖΟ-64 ЭиРоШ. Полученная рецептура приведена в табл. 2.
Таблица 2
Пример 1. Рецептура
2-СЭМ ЭГДМ ы-мп νΑΖΟ 64
12,51 г 5,37 г 9,63 г 0,1895 г
- 11 023476
Таблица 3
Пример 1. Используемые основы
Тип Изготовитель Материал Номинальный размер пор (мкм) Толщина (мкм) Пористость (%)
АРогоц$ Н6А ΑΡοΓΟυδ 1пс УВМПЭ 0,1 52 68
ТеИоп ΗΡΙΡ32 Еп(ек УВМПЭ 32 48
Купоны мембран получают методом алюминиевой лодочки, описанным в разделе Подробное описание изобретения. Время пропитывания, время, в течение которого основа находится в рецептуре до того, как инициируется полимеризация, варьируется. Результаты по удельному электрическому сопротивлению и избирательной проницаемости приведены в табл. 4.
Таблица 4
Пример 1. Результаты
Тип мембраны Основа Время пропитывания (ч) Удельное электрическое сопротивление (Ом-см2) Кажущаяся избирательная проницаемость (%)
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 0,25 1,345 102,41
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 0,5 1,118 98,55
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 1 1,163 96,09*
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 3 1,532 100,4
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек Ιοη 6 0,272 99,67
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 24 0,914 10131
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 48 1,195 100,08
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз Н6А 0,25 2,029 97,41
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз Н6А 0,5 1,422 100,69
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз Н6А 1 1,063 97,24**
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРоголя Н6А 3 1,646 97,24
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРоголя НбА 6 1,015 99,92
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз НбА 24 0,210 99,26
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоик Н6А 48 1,169 99,10
(все - одноразовое заполнение пор) * отдельные белые пятна; ** большая белая площадь
Пример 2.
Рецептура обрабатывающего раствора состоит из ионного сульфированного метакрилата 2сульфоэтилметакрилата (2-СЭМ; СЛ§ # 10595-80-9), этиленгликольдиметакрилата (ЭГДМ; СЛ§ # 97-905) с высоким процентом нереакционного растворителя Ν-метилпирролидона (Ν-МП; СЛ§ # 873-50-4) и свободнорадикальным инициатором полимеризации 2,2-азобисизобутиронитрилом (АИБН; СЛ§ # 78-671) νΑΖ0-64 ΌιιΡοηΙ. Полученная рецептура приведена в табл. 5 (мас.%).
Таблица 5
Пример 2. Рецептура
2-СЭМ (г) ЭГДМ (г) Ν-МП (г) νΑΖΟ 64 (г)
12, 53 6, 32 11,94 0,1895
Таблица 6
Пример 6. Основы, используемые в примере 2
Тип Изготовитель Материал Номинальный размер пор (мкм) Толщина (мкм) Пористость (%)
АРоголя Н6А АРоголя 1пс УВМПЭ 0,1 52 68
Тек1оп ΗΡΙΡ32 Ешек УВМПЭ 32 48
Купоны мембран получают методом алюминиевой лодочки, описанным в разделе Подробное описание изобретения. Время пропитывания, время, в течение которого основа находится в рецептуре до того, как инициируется полимеризация, варьируется. Результаты по удельному электрическому сопротивлению и избирательной проницаемости приведены в табл. 7.
- 12 023476
Таблица 7
Пример 2. Результаты
Тип мембраны Основа Время пропитывания (ч) Удельное электрическое сопротивление (Ом-см2) Кажущаяся избирательная проницаемость (%)
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 0,25 1,115 95,19
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 0,5 1,731 100,79
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 1 2,141 96,16
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 3 1,475 99,05
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 6 1,600 95,52
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек/оп 30 1,658 95,02*
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 48 1,102 94,70
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 48 1,900 93,54**
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз Н6А 0,25 0,724 92,22
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоий Н6А 0,5 1,641 99,97
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоий Н6А 1 1,451 97,66
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогочб НбА 3 1,054 96,60
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз НбА 6 1,801 95,02
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз Н6А 30 0,579 90,54**
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогои» Н6А 48 2,412 96,67***
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз Н6А 48 2,047 93,54**
* одно белое пятно; ** много белых пятен; *** смола, налипшая на поверхности
Указанная партия рецептуры 2-СЭМ/ЭГДМ/Ы-МП и 40% НП имеет поведение, соответствующее нестабильности раствора, которая проявляется после пропитывания до утра.
Модификация примеров.
Таблица 6А
Рецептура
2-СЭМ (Г) ЭГДМ (г) Ν-МП (г) АИБН (г)
7,30 2,72 2,87 0,104
Тип мембраны Основа Заполнение пор Удельное электрическое сопротивление (Ом-см“) Кажущаяся избирательная проницаемость (%)
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) Се1багЗЕг2590 1,294 97,87
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) АРН6А 1 1,456 99,17
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) 5о1ирог 16Р10А 2 1,941 102,4
КОМ (2-СЭМ/ЭГДМ) 8о1ирог 16Р5А 2 2,159 102.0
Пример 3.
Таблица 7
Рецептуры для примера 3
2-СЭМ (г) ЭГДМ (Г) Ν-ΜΠ (г) νΑΖΟ 64 (г)
186-76-2 63, 2 28, 0 49,0 0, 998
186-77-2 21, 0 10, 0 18, 0 0,31
Образец Тек1оп (25x25 дюйм (635x635 мм)) насыщают рецептурой 186-76-2 в течение 1,5 ч. Затем получают вторую рецептуру (186-77-2) и насыщенный образец Тек1оп (25x25 дюйм (635x635 мм)) пропитывают рецептурой 186-77-2 в течение еще 1 ч.
Затем образец помещают на большой кусок ПЭТФ-пленки, разглаживают для удаления воздушных пузырьков и пропитанный образец Тек1оп складывают поверх себя дважды в более узкую ленту. Воздушные пузырьки снова удаляют разглаживанием сложенного образца Тек1оп. Сэндвич Тек1оп/ПЭТФ скатывают в цилиндр диаметром 4 дюйм (101,6 мм) и отверждают в печи при температуре 80°С в течение 1 ч. Полученную таким образом КОМ (25x25 дюйм (635x635 мм)) кондиционируют до утра в 0,5н. ЫаС1.
В табл. 8 показаны результаты измерений удельного электрического сопротивления и избирательной проницаемости 9 купонов, вырезанных из КОМ (25x25 дюйм (635x635 мм)).
- 13 023476
Таблица 8
Пример 3. Результаты
Результаты Удельное электрическое сопротивление (Ом-см2) Кажущаяся избирательная проницаемость (%)
Правый верх ((ПВ) (КТ)) 1,7244 97,75
Правая середина ((ПС) (КМ)) 1,6989 95,77
Правый низ ((ПН) (КВ)) 1,6159 96,76
Средний верх ((СВ) (МТ)) 1,3933 98,08
Средняя середина ((СС) (ММ)) 0,9453 96,27
Средний низ ((СН) (МВ)) 0,3768 95,77
Левый верх ((ЛВ) (ЬТ)) 1,5462 97,91
Левая середина ((ЛС) (ЬМ)) 1,7167 97,75
Левый низ ((ЛН) (ЬВ)) 0,8558 97,09
Среднее 97,02 1,31
Стандартное отклонение 0,918 0,481
Стандартное отклонение/среднее 0,0094 0,395
Пример 4.
Данную группу примеров выполняют с рецептурой, приведенной ниже, обычным образом. Результаты показаны в табл. 9.
Таблица 9
Рецептура для примера 4
2-СЭМ (г) ЭГДМ (г) Ν-МП (г) νΑΖΟ 64 (г)
60,22 25, 31 70,78 0, 86
Пример 4. Результаты
Таблица 10
Тип мембраны Основа Время пропитывания (ч) Удельное электрическое сопротивление (Ом-см2) Кажущаяся избирательная проницаемость (%)
ΑδΙοηι СМХ 3,211 104,92
КОМ(2-СЭМ/ЭГДМ) ТеИоп 0,25 0,6774 93,71
КОМ(2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1оп 0,5 1,0454 89,91
КОМ (2-СЭМ1ЭГДМ) ТеИоп 1 1,1092 94,86
КОМ(2-СЭМ/ЭГДМ) Тек1ои 3 1,3873 96,92
КОМ (2-СЭМУЭГДМ) ТеИоп 6 1,2506 95,19
КОМ (2-СЭМПГДМ) Тек1оп 24 1,0877 94,61
КОМ(2-СЭМ/ЭГДМ) Тейоп 48 1,8877 94,12
КОМ (АМПС/2-СЭМ/ЭГДМ/ГОЭМА*) Тек1оп 1 1,48 100
КОМ (АМПС/2-СЭМ/ЭГДМ/ГОЭМА*) АРН6А 1 2,09 96,05
КОМ(2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз Н6А 0,25 1,4805 93,71
КОМ (2-СЭМОГДМ) АРогоиз Н6А 0,5 0,9379 91,73
КОМ(2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоч5 НбА 1 1,0487 92,22
КОМ(2-СЭМУЭГДМ) АРогоиз Н6А 3 1,1669 91,15
КОМ(2-СЭМОГДМ) ΑΡοτοιίδ Н6А 6 2,3513 91,73
КОМ(2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз Н6А 24 0,5015 91,31
КОМ(2-СЭМ/ЭГДМ) АРогоиз Н6А 48 1,6426 92,78
Соответствующий эксперимент был проведен с нейтральным мономером ГОЭМА (гидроксиэтилметакрилатом). Состав раствора приведен в табл. 9А. Результаты по мембране приведены в табл. 10А.
- 14 023476
Таблица 9А
АМПС СЭМ-2 ЭГДМ ГОЭМА ы-мп АИБН Основа
10 г 23 г 10 г 1, 10 г 15 г 0,35 г Тек1оп
10 г 28 г 10 г 1, 10 г 15 г 0,35 г Ар Н6А
Таблица 10А
Тип мембраны Основа Время пропитывания (ч) Удельное электрическое сопротивление (Ом-см2) Кажущаяся избирательная проницаемость (%)
КОМ (АМПС72-СЭМЛЛДМ/ГОЭМА*) Тек1оп 1,48 100
КОМ (АМПС/2-СЭМ/ЭГДМ/ГОЭМА*) АРН6А 1 2,09 96,05
Пример 5.
Ряд экспериментов был проведен с варьированием типа сшивающего агента и основы, используемой для получения анионообменных мембран. Результаты показаны в табл. 11. Все рецептуры представляют собой 16,1% ТМАЭМХ, 6,8 ДПГ, 3,6% Ν-пропанола, 18,8% сшивающего агента и 0,6% νΑΖΟ. Рецептура в колонке 'Рецептура покрытия/основа' именуется для используемого сшивающего агента.
Таблица 11
Результаты для примера 5
Рецептура покрытия/ Основа Прирост (масс.%) после 1-го заполнения пор Прирост (масс.%) после 2-го заполнения пор Удельное электрическое сопротивление (Ом-см2) после 1-го заполнения пор Удельное электрическое сопротивление (Ом-см2) после 2-го заполнения пор Кажущаяся избирательная проницаемость (%) после 1-го заполнения пор Кажущаяся избирательная проницаемость (%) после 2-го заполнения пор
1 13БГДМ/С 76, 14, 1,89 2,01 87,6 93,0
2 13БГДМ/С 76, 25, 1,62 2,28 90,4 92,3
3 13БГДМЮ2 17, 6,6 9,03 8,90 90,4 92,3
4 13БГДМ/О2 19, 5,9 19,9 18,73 90,5 93,7
5 13БГДМЮ5 80, 64, 1,03 1,84 89,4 78,8
6 13БГДМ/Т 50, -,6 56,2 39,0 87,0 86,7
7 ПЭТА/С 183 5,3 1,83 62,0 89,0 89,2
8 ПЭТА/С 342 4,9 1,73 215 88,1 86,2
9 ПЭТА/О2 16, 4,1 9,24 9,06 90,2 92,0
10 ПЭТА/О2 18, 3,9 8,78 8,36 90,2 93,0
11 ПЭТА/О5 35, 2,0 21,4 25,8 90,2 92,4
12 ПЭТА/Р 108 6,0 1,51 - 86,5 -
13 ПЭТА/Т 43, -6,0 77,2 39,0 87,0 86,7
14 ТМПТА/С 100 -2,7 2,18 1,98 87,4 91,4
15 ТМПТА/С 183 -44 1,53 35,7 86,8 94,3
16 ТМПТА/О2 17, -3,8 7,69 7,20 90,9 93,1
17 ТМПТАЛЭ5 36, -13 20,3 22,9 91,7 92,2
18 ТМПТА/Г 49, -16 85,1 51,1 88,0 89,3
19 ТМПТА/Р 21, 1,06 83,4
Ряд дополнительных экспериментов был проведен на нескольких основах с использованием рецептур с варьированием комбинаций мономер/сшивающий агент. Подробности рецептур приведены в табл. 12.
- 15 023476
Дополнительные результаты
Таблица 12
Основа Рецептура Используемое заполнение пор Удельное электрическое сопротивление, Ом-см2 Кажущаяся избирательная проницаемость, %
1 АРН6А ТМАЭМХ/25% ЭГДМ 2 1,48 92,2
2 АРН6А ТМАЭМА/30% ЭГДМ 2 1,07 (среднее 14) Интервал (,2-1,84) 92,9 (среднее из 14, интервал 92,2-94)
3 АРН6А ГМА/ДМЭДА/ЭГДМ/ЭИ 1 0,49 91,0
4 АРН6А ТМАЭМХ/28% ЭГДМ 1 0,272 91,9
5 АРН5А ПМДЭТА/ВБХ 1
6 ΑΡ8Ι4 ТМАЭМХ/25% ЭГДМ 2 1,15 89,6
7 АР514 ТМАЭМХ/29% ЭГДМ 1 1,37 90,1
8 ΑΡΟ11ΗΝ ТМАЭМХ/29% ЭГДМ 1 0,683 91,8
9 Т32 ТМАЭМХ/23% ЭГДМ 2 3,45 93,7
10 Т32 ТМАЭМХ/15% ЭГДМ 2 ,49 88,9
11 132 ДАБЦО/ВБХ 1 2,73 94,5
12 Т32 ПМДЭТА/ВБХ 2 5,44 94,4
13 Т25 АПТМАХ/9% ЭГДМ 2 0,81 90,1
14 Т25 ПМДЭТА/ВБХ 2 5,2 83,8
15 Тк32 ДАБЦО/ВБХ 1 1,53 91,1
16 Тк32 ДАБЦО/ВБХ 1 1,65 92,5
17 Тк32 ПМДЭТА/ВБХ 2 2,82 94,6
18 Тк32 ПМДЭТА/ВБХ 2 3,68 94,4
19 Тк32 ОМА/ДМЭДА/ЭИ 1,81 91,5
20 ϋ 50δΐτ ТМАЭМХ/ЭГДМ 2 3,18 93,3
21 О 50»1г ПМДЭТА/ВБХ 2 15,03 91,9
22 О 50х1г ПМДЭТА/ВБХ 2 8,03 86,7
23 050 ДАБЦО/ВБХ 1 14,98 91,4
24 050 ДАБЦО/ВБХ 1 13,3 92,3
25 0125 ПМДЭТА/ВБХ 2 43,69 94,6
26 С32 ПМДЭТА/ВБХ 2 3,60 94,3
27 С47 ПМДЭТА/ВБХ 2 12,59 94,1
28 С2402 ТМАЭМА/ЭГДМ 2 1,13 92,4
29 С2402 ПМДЭТА/ВБХ 2 3,58 94,3
30 816Р5А ГМА/ДМЭДА/ЭГДМ/ЭИ 1 1,43 88,2
31 816Р5А ГМА/ДМЭДА/ЭГДМ/ЭИ 1 2,02 88,7
32 516Р5А ТМАЭМХ/ЭГДМ 1 0,69 91,8
33 516Р10А ГМА/ДМЭДА/ЭГДМ/ЭИ 1 1,24 87,3
34 816Р10А ТМАЭМХ/ЭГДМ 1 1,35 90,8
Рецептуры для примеров табл. 12 приведены ниже (в табл. 13). В табл. 14 даны используемые аббревиатуры.
- 16 023476
Компоненты для заполнения первой колонки
Рецептура Компонент/масса (г)
1 ТМАЭМХ/25% ЭГДМЛЧ-МП/пропанол 5,0 1,6 1,4 0,7
2 ТМАЭМА/30% ЭГДМ/ДПГ/пропанол 14 4,8 3,3 0,7
3 ГМА/ДМЭДА/ЭГДМ/ЭИ/ДПГ/пропанол 14,7 2,3 3,5 7,8 7,28/2,73
4 ТМАЭМХ/29% ЭГДМ/ДПГ/пропанол 46 15 10 2
5 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 2,4 6,3 6,1
6 ТМАЭМХ/25% ЭГДМ/М-МП/пропанол 5,0 1,6 1,4 0,7
7 ТМАЭМХ/29% ЭГДМ/ДПГ/пропанол 46 15 10 2
8 ТМАЭМХ/29% ЭГДМ/ДПГ/пропанол 46 15 10 2
9 ТМАЭМХ/23% ЭГДМ/ДПГ/пропанол 20 5,2 10 5
10 ТМАЭМХ/15% ЭГДМ/ДПГ/пропанол 14 2,4 3,3 0,7
И ДАБЦО/ВБХ/ДПГ 2,3 6,3 6,2
12 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 2,4 6,3 6,1
13 АПТМАХ/9% ЭГДМ/ДПГ/пропанол/вода 4,3 0,3 1,8 0,5 1,08
14 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 2,4 6,3 6,1
15 ДАБЦО/ВБХ/ДПГ 2,3 6,3 6,2
16 ДАБЦО/ВБХ/ДПГ 2,3 6,3 6,2
17 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 2,4 6,3 6,1
18 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 2,4 6,3 6,1
19 ГМА/ДМЭДА/ЕЕХЗМ/ЭИ/ДПГ/пропанол 14,7 2,3 3,9 7,8 7,28/2,73
20 ТМАЭМХ/ЭГДМ 15%/ДПГ/пропанол 14 2,4 3,3 0,7
21 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 2,4 6,3 6,1
22 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 2,4 6,3 6,1
23 ДАБЦО/ВБХ/ДПГ 2,3 6,3 6,2
24 ДАБЦО/ВБХ/ДПГ 2,3 6,3 6,2
25 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 6,3 2,4 6,1
26 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 6,3 2,4 6,1
27 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 6,3 2,4 6,1
28 ТМАЭМХ/ЭГ Д М/ДПГ/пропанол 46 15 10 2
29 ПМДЭТА/ВБХ/Ν-ΜΠ 6,3 2,4 6,1
30 ГМА/ДМЭДА/ЭГДМ/ЭИ/ДПГ/пропанол 14,7 2,3 3,9 7,8 7,28/2,73
31 ГМА/ДМЭДА/ЭГДМ/ЭИ/ДПГ/пропанол 14,7 2,3 3,9 7,8 7,28/2,73
32 ТМАЭМХ/ЭГД М/ДПГ/пропанол 46 15 10 2
33 ГМА/ДМЭДА/ЭГДМ/ЭИ/ДПГ/пропанол 14,7 2,3 3,9 7,8 7,28/2,73
34 ТМАЭМХ/ЭГДМ/ДПГ/пропанол 46 15 10 2
Таблица 13
Таблица 14
Используемые аббревиатуры
Мономеры/химически© соединения Аббревиатура
Триметиламмонийметилметакрилхлорид <80% (масс ./'масс.) в воде) ТМАЭМХ
3-акриламидопропилтриметиламмонийхлорид (75% (масс./масс.) в воде) АПТМАХ
1,4- диазабицикло[2,2,2]октаиди(винилбензилхлорид) (четвертичная соль 1,4- диазабицикло [2, 2, 2 ] октана (ДАБЦО) и винилбензилхлорида ДАБЦО/ВБХ
Ν,Ν,Ν',Ν',Ν- лентаметилдиэтилентриаминди(винилбензилхлорид) (четвертичная соль Ν,Ν,Ν',Ν',Ν- пентаметилдиэтилентриамина и винилбензилхлорида ПМДЭТА/ВБХ
Продукт реакции глицидилметакрилат/триметиламин ГМА/ТМА
Продукт реакции глицидилметакрилат/диметилэтилендиамин ГМА/ДМЭДА
Винилбензилтриметиламмонийхлорид ВБТМАХ
Гидроксиэтилакрилат ГОЭА
Дивинилбензол ДВБ
Этилиодид ЭИ
Дипропиленгликоль дпг
Сшивающие многофункциональные мономеры
Этиленгликольдиметакрилат эгдм
1,3-бутандиолдиметакрилат 1,3-БГДМ
Пентаэритриттриакрилат ПЭТА
Триметилолпролантриакрилат ТМПТА
Глицидилметакрилат ГМА
Дивинилбензол ДВБ
- 17 023476
Пример 6.
Дополнительное подтверждение мембран, по существу, не содержащих дефекты, показано в сравнении данного примера. Мембраны, полученные согласно описанию, приведенному здесь, сравниваются с более толстыми (120-160 мкм) промышленными электродиализными мембранами. Рецептура, используемая для указанных мембран, приведена в табл. 15.
Таблица 15
Результаты и обсуждение примера 6
Мембрана Компонент Компонент Компонент Компонент Компонент Основа
Катионная 2-СЭМ41,5% ЭГДМ 18,2% Ν-ΜΠ 39,8% АИБН 0,6% Арогоиа 52 мкм 61% пористость
Анионная ТМАЭМХ 58,1% ЭГДМ 18,1% ДПГ 16,4% 1-пропанол 6,7% АИБН 0,7% Αροτουδ 52 мкм 61% пористость
Указанные мембраны испытывают в десятиэлементном электродиализном модуле при плотности тока 88 А/м2. Результаты, приведенные ниже, показывают более низкое удельное электрическое сопротивление по сравнению с кажущейся избирательной проницаемостью. Раствор питания выполнен с №С1, который, как было установлено, является хорошей лабораторной основой для морской воды.
Свойства мембраны изобретения.
Катионная: среднее удельное электрическое сопротивление равно 0,9163 Ом-см2, стандартное отклонение равно 0,42 Ом-см2; средняя кажущаяся избирательная проницаемость равна 104%.
Анионная: среднее удельное электрическое сопротивление равно 0,8132 Ом-см2, стандартное отклонение равно 0,35 Ом-см2; средняя кажущаяся избирательная проницаемость равна 93,5%.
Свойства промышленной мембраны.
Катионная: удельное электрическое сопротивление равно приблизительно 2,8 Ом-см2, кажущаяся избирательная проницаемость равна 94%.
Анионная: удельное электрическое сопротивление равно приблизительно 2,8 Ом-см2, кажущаяся избирательная проницаемость равна 104%.
Пример 7.
Таблица 17
Компоненты и количества (г) рецептуры
ВБТМАХ ГОЭА ТМАЭМХ ДВБ ГМА Ν-пропанол ДПГ № образца Основа Сопротивление (откорректировыанное) Кажущаяся избирательная проницаемость <%)
3,66 1,0 1,59 1,0 0,3 0,50 0,3 1 АРН6А 0,78 92,2
3,66 1,0 1,59 1,0 0,3 0,50 0,3 К1 АРН6А 0,64
3,66 1,0 1,59 1,0 0,3 0,50 0,3 2 АРН6А 0,60 92,05
3,66 1,0 1,59 1,0 0,3 0,50 0,3 Е2 АРН6А 0,67
3,66 1,0 1,59 1,1 0,3 0,50 0,3 3 АРН6А 0,63 92,6
3,66 1,0 1,59 1,0 0,3 0,50 0,3 51 АРН6А 0,36 92,4
3,66 1,0 1,59 1,0 0,3 0,50 0,3 К51 АРН6А 0,50
3,66 1,0 1,59 1,0 0,3 0,50 0,3 К2 АРН6А 0,59 92,6
3,66 1,0 1,59 1,1 0,3 0,50 0,3 4 АРН6А 0,52 93,1
3,66 1,0 1,59 1,1 0,3 0,50 0,3 К4 АРН6А 0,63
3,66 1,0 1,59 1,1 0,3 0,50 0,3 КЗ АРН6А 0,55 93,6
3,66 1,0 1,59 1,1 0,3 0,50 0,3 КЗ АРН6А 0,50
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 5 АРН6А 0,79 94,8
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 К5 АРН6А 0,76
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 6 АРН6А 0,83 94,4
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 7 АРН6А 0,726 93,9
- 18 023476
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 К7 АРН6А 0,899
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 8 АРН6А 0,734 94,9
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 К.7* АРН6А 0,515 93,6
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 9 АРН6А 0,767 93,1
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 10 АРН6А 0,569 92,6
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 К8 АРН6А 0,961 94,1
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 11 тк 1,420 94,8
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 12 тк 1,310 94,8
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 К11 тк 1,567
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 К12 тк 1,430 95,00
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 К12 тк 1,429 95,08
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 К11 тк 1,186 95,2
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 13 2,118 93,9
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 14 ТК 1,464 95,2
3,66 1,0 1,59 1,3 0,3 0,50 0,3 15 АРН6А 0,76 94,08
Промышленная мембрана 2,77 92,3
Дополнительное улучшение было неожиданно установлено при введении незаряженного нейтрального мономера в полимеризующуюся рецептуру. Предпочтительными мономерами являются гидроксиэтилакрилат и винилбензилхлорид. Авторы изобретения считают, что указанные мономеры и подобные мономеры замедляют фазовое разделение и дают более гомогенный сшитый полимер. Другими примерами нейтральных мономеров являются, например (но без ограничения указанными примерами), глицидилметакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат, гидроксиэтилметакрилат, гидроксипропилметакрилат, гидроксипропилакрилат, винилбензилхлорид и т.п.
Экспериментальные методики определения поверхностного удельного электрического сопротивления и кажущейся избирательной проницаемости мембран
Сопротивление и число переноса противоионов (избирательная проницаемость) мембраны могут быть измерены в электрохимической ячейке. Указанный лабораторный стендовый эксперимент обеспечивает очень эффективный и быстрый эксперимент, использующий небольшой кусок образца. Здесь описаны оборудование и методика.
Проведение эксперимента.
(1) Установка электрохимических измерений 8о1аг1гоп 1280.
Установка электрохимических измерений 8о1аг1гоп 1280 обеспечивает подачу электрического тока между двумя платиновыми электродами на двух сторонах ячейки и измерение падение напряжения через мембрану. Она имеет 4 электрода: рабочий электрод ((РЭ) (^Е)), противоэлектрод ((ПЭ) (СЕ)), электроды сравнения ЭС1 и ЭС2 (КЕ1 и КЕ2). ПЭ и РЭ используются для подачи электрического тока, а ЭС1 и ЭС2 используются для измерения падения напряжения.
(2) Электроды сравнения.
Электроды сравнения (см. вставку на фиг. 2), используемые для определения характеристик мембраны, получают в И&1) 1аЬ. Стеклянную трубку диаметром 1/4 дюйм (6,35 мм) размягчают, затем изгибают и вытягивают в показанную форму. Пористую набивку вводят в кончик для регулирования потока раствора с низкой скоростью.
Проволоку серебро/хлорид серебра изготавливают заново для испытания каждый день. Подают и контролируют ток 2-3 мА источником питания и амперметром к катоду из платиновой проволоки и аноду из серебряной проволоки, погруженным в 0,1н. раствор НС1. Через несколько минут серебряная проволока начинает превращаться в черную, что указывает на образование слоя АдС1 на поверхности. Раствор, используемый внутри трубки электрода сравнения, представляет собой 1,0 М раствор КС1. Поскольку раствор вытекает через пористый кончик, во время эксперимента необходимо постоянное добавление КС1 (примерно каждые 20 мин).
(3) Ячейка для испытания мембран.
На фиг. 2 показана подробная конструкция ячейки 10 для электрохимических испытаний, используемой для эксперимента по измерению сопротивления и избирательной проницаемости противоиона мембраны. Мембраны режут на диски с использование вырубного штампа. Электроды сравнения используют для контроля падения напряжения через испытываемую мембрану 14, а два платиновых диска 16 используют для пропускания тока через мембрану. Цилиндрический канал ячейки 10 имеет площадь поперечного сечения приблизительно 7,0 см2.
(4) Растворы.
Все растворы должны быть получены с количественным уровнем, как указано их значащими цифрами. Они включают в себя 0,500н. ЫаС1, 1,0н. НС1 и 1,0н. ЫаОН (щелочь, использующая пластиковый контейнер или мерную колбу). 0,5н. №28О| используется для питания электродных отсеков без выделения газообразного хлора.
- 19 023476
3-ΙΙΙ. Методики измерений.
(1) Измерение сопротивления.
Сопротивление здесь относится к поверхностному сопротивлению Ом-см2. Измерение содержит 3 стадии.
(a) Установка положений электрода.
Перед измерением устанавливают горизонтальное положение электрода сравнения. Для установки положения электрода сравнения жесткий пластиковый диск используют в качестве замены мембраны. Каждый электрод сравнения регулируют до соприкосновения с пластиковым диском и их положение фиксируют двумя установочными винтами.
(b) Измерение проводимости раствора.
Пластиковый диск затем удаляют, и два электрода сравнения отодвигают на 1,0 см, раздвигая два 0,50 мм пластиковых блока. Падение напряжения между двумя электродами сравнения регистрируют при подаче тока (приблизительно 10-50 мА) установкой δοϊατίτοη 1280. Для получения проводимости раствора (обычно 0,50н. №С1) используют расстояние между двумя электродами сравнения здесь 1,00 см, плотность тока 10,00 мА и напряжение с точностью до 0,1 мВ.
(c) Измерение сопротивления мембраны.
Затем помещают образец мембраны с помощью скользящего устройства для образца и снова замеряют напряжение и ток. Сопротивление мембраны равно общему сопротивлению минус измеренное сопротивление (Ь) раствора.
(2) Избирательная проницаемость противоина (число переноса).
Методика измерения представляет собой следующее.
(a) Установка положения электрода сравнения.
Производится, как описано в части (а) измерения сопротивления. Положение электрода сравнения может быть приближенным, т.к. напряжение, измеренное в данном испытании, теоретически не зависит от расстояния, но рекомендуется, чтобы положение устанавливалось как можно воспроизводимо.
(b) Растворы.
После помещения образца мембраны скользящим устройством выливают 0,500н. ΝαΟ раствор в правую часть ячейки, отделенную испытываемой мембраной, и 0,250н. ΝαΟ раствор в левую часть ячейки.
(c) Измерение напряжения.
Напряжение измеряют (без подведения тока) с использованием вольтметра, присоединенного к платиновым электродам, и данные вводят в электронную таблицу с получением ионной избирательной проницаемости.
3-ΐν. Расчеты образца.
С = проводимость (См/см), ρ = сопротивление (Ом/см),
К = удельное электрическое сопротивление (Ом-см2 или Ω-ст2),
А = площадь (см2), и, V = измеренное напряжение (мВ),
I = измеренный ток (мА),
Ь = расстояние между электродами сравнения.
(1) Проводимость.
Проводимость 0,500 М ΝαΟ при токе 10,00 мА и 33,1 мВ, измеренная для расстояния между электродами сравнения 1,00 см, проводимость раствора
(2) Поверхностное сопротивление.
Для расчета поверхностного сопротивления мембраны необходимо вычесть сопротивление раствора. Для СМХ-мембраны с измеренным потенциалом 38,0 мВ поверхностное сопротивление составляет (38,1-33,2) л<£ ΙΟ,ΟλΛ х 7,00 смг=3,42 Ом-см2 (3) Избирательная проницаемость.
Избирательную проницаемость (число переноса) катиона (+) или аниона (-) мембраны Т± получают по уравнению
Г=С2Г±-1) — 1п—
Р ав
Последнее преобразуется в уравнение
==1+УР/КТ (Ιη ± «г где V представляет собой напряжение, измеренное электродами сравнения, К представляет собой газовую постоянную (8,314 Дж-К-1 -моль-1), Т представляет собой температуру в градусах Кельвина раствора,
- 20 023476
Ρ - представляет собой константу Фарадея (96480 Кл/моль) и ακ и аъ представляют собой концентрации (формат активности) раствора с двух сторон мембраны в ячейке.

Claims (46)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Ионообменная мембрана для электродиализа, содержащая микропористую основу мембраны, имеющую первую пористую сторону и вторую пористую сторону и непрерывную пористую структуру, идущую от указанной первой стороны к указанной второй стороне, и сшитый ионопереносящий полимер, заполняющий непрерывную пористую структуру, причем полимер образован в непрерывной пористой структуре и содержит продукт полимеризации одного или более ионогенных мономеров, нейтрального мономера и многофункционального сшивающего мономера, причем нейтральный мономер выбран из группы, состоящей из гидроксиэтилакрилата, гидроксиэтилметакрилата и винилбензилхлорида.
  2. 2. Ионообменная мембрана по п.1, в которой толщина пористой основы является больше 55 мкм и меньше 155 мкм.
  3. 3. Ионообменная мембрана по п.1, в которой толщина пористой основы является больше 20 мкм и меньше 55 мкм.
  4. 4. Ионообменная мембрана по п.1, в которой микропористая основа содержит полипропилен, высокомолекулярный полиэтилен, ультравысокомолекулярный полиэтилен или поливинилиденфторид.
  5. 5. Ионообменная мембрана по п.1, в которой ионопереносящий полимер представляет собой катионопереносящий полимер.
  6. 6. Ионообменная мембрана по п.5, в которой ионогенным мономером является 2-сульфоэтилметакрилат ((2-СЭМ) (2-8ЕМ)) или 2-акриламид-2-метилпропансульфокислота ((АМПС) (АМР§)) для образования катионообменной мембраны.
  7. 7. Ионообменная мембрана по п.6, в которой сшивающим агентом является этиленгликольдиметакрилат.
  8. 8. Ионообменная мембрана по п.5, в которой сшитый ионопереносящий полимер образован полимеризацией 2-сульфоэтилметакрилата ((2-СЭМ) (2-8ЕМ), 2-акриламид-2-метилпропансульфокислоты ((АМПС) (АМР§)), нейтрального мономера и сшивающего мономера с образованием катионообменной мембраны.
  9. 9. Ионообменная мембрана по п.8, в которой нейтральным мономером является гидроксиэтилакрилат или гидроксиэтилметакрилат.
  10. 10. Ионообменная мембрана по п.5, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 0,5 Ом-см2.
  11. 11. Ионообменная мембрана по п.5, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 0,5 Ом-см2 и избирательную проницаемость более 95%.
  12. 12. Ионообменная мембрана по п.5, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 0,5 Ом-см2 и избирательную проницаемость более 99%.
  13. 13. Ионообменная мембрана по п.5, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 1,0 Ом-см2.
  14. 14. Ионообменная мембрана по п.5, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 1,0 Ом-см2 и избирательную проницаемость более 95%.
  15. 15. Ионообменная мембрана по п.5, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 0,5 Ом-см2 и избирательную проницаемость более 99%.
  16. 16. Ионообменная мембрана по п.1, в которой ионопереносящий полимер является анионопереносящим полимером.
  17. 17. Ионообменная мембрана по п.16, в которой ионогенным мономером является триметиламмонийметилметакрилхлорид, а сшивающим мономером является этиленгликольдиметакрилат.
  18. 18. Ионообменная мембрана по п.16, в которой сшитый ионопереносящий полимер образован полимеризацией триметиламмонийметилметакрилхлорида, винилбензилтриметиламмонийхлорида и нейтрального мономера, сшитого дивинилбензолом.
  19. 19. Ионообменная мембрана по п.18, в которой нейтральным мономером является гидроксиэтилакрилат.
  20. 20. Ионообменная мембрана по п.15, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 1,0 Ом-см2.
  21. 21. Ионообменная мембрана по п.15, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 1,0 Ом-см2 и избирательную проницаемость более 94%.
  22. 22. Ионообменная мембрана по п.16, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 0,5 Ом-см2.
  23. 23. Ионообменная мембрана по п.16, в которой мембрана имеет удельное электрическое сопротивление не более 0,5 Ом-см2 и избирательную проницаемость более 94%.
  24. 24. Способ получения ионообменной мембраны, пригодной для электродиализа, который включает выбор подходящей пористой основы,
    - 21 023476 насыщение пористых участков основы раствором одного или более ионогенных мономеров, нейтрального мономера и многофункционального сшивающего мономера, причем нейтральный мономер выбран из группы, состоящей из гидроксиэтилакрилата, гидроксиэтилметакрилата и винилбензилхлорида, удаление избыточного раствора с поверхностей основы при сохранении пористого объема, насыщенного раствором, инициирование полимеризации путем нагрева, ультрафиолетового излучения или ионизирующего излучения, необязательно, в отсутствие, по существу, всего кислорода с образованием сшитого ионопереносящего полимера, полностью заполнившего поры основы.
  25. 25. Способ по п.24, в котором микропористая основа содержит полипропилен, высокомолекулярный полиэтилен, ультравысокомолекулярный полиэтилен или поливинилиденфторид.
  26. 26. Способ по п.24, в котором толщина пористой основы составляет больше 55 мкм и меньше 155 мкм.
  27. 27. Способ по п.24, в котором толщина пористой основы составляет больше 20 мкм и меньше 55 мкм.
  28. 28. Способ по п.24, в котором ионообменная мембрана является катионообменной мембраной.
  29. 29. Способ по п.28, в котором ионогенным мономером является 2-сульфоэтилметакрилат ((2-СЭМ) (2-δΕΜ)) или 2-акриламид-2-метилпропансульфокислота ((АМПС) (АМР8)).
  30. 30. Способ по п.29, в котором сшивающим агентом является этиленгликольдиметакрилат.
  31. 31. Способ по п.28, в котором сшитый ионопереносящий полимер образован полимеризацией 2сульфоэтилметакрилата ((2-СЭМ) (2-δΕΜ)), 2-акриламид-2-метилпропансульфокислоты ((АМПС) (АМР8)), нейтрального мономера и подходящего сшивающего мономера с образованием катионообменной мембраны.
  32. 32. Способ по п.31, в котором нейтральным мономером является гидроксиэтилакрилат или гидроксиэтилметакрилат.
  33. 33. Способ по п.24, в котором ионообменная мембрана является анионообменной мембраной.
  34. 34. Способ по п.33, в котором сшитый ионопереносящий полимер образован полимеризацией триметиламмонийметилметакрилхлорида, сшитого этиленгликольдиметакрилатом, с образованием анионообменной мембраны.
  35. 35. Способ по п.33, в котором сшитый ионопереносящий полимер образован полимеризацией триметиламмонийметилметакрилхлорида, винилбензилтриметиламмонийхорида и нейтрального мономера, сшитого дивинилбензолом.
  36. 36. Способ по п.35, в котором нейтральным мономером является гидроксиэтилакрилат.
  37. 37. Ионообменная мембрана для электродиализа, содержащая микропористую основу мембраны, имеющую первую пористую сторону и вторую пористую сторону и непрерывную пористую структуру, идущую от указанной первой стороны к указанной второй стороне, и сшитый ионопереносящий полимер, по существу, полностью заполняющий указанную пористую структуру, причем полимер образован в пористой структуре и содержит продукт полимеризации:
    a) продукт полимеризации четвертичной соли, образованной из полиамина и ароматического винилгалогенида, или
    b) продукт взаимодействия простого циклического эфира и полиамина, сшитый подходящим мономером.
  38. 38. Ионообменная мембрана по п.37, в которой толщина пористой основы составляет более 55 мкм и менее 155 мкм.
  39. 39. Ионообменная мембрана по п.37, в которой толщина пористой основы составляет более 20 мкм и менее 55 мкм.
  40. 40. Ионообменная мембрана по п.37, в которой микропористая основа содержит полипропилен, высокомолекулярный полиэтилен, ультравысокомолекулярный полиэтилен или поливинилиденфторид.
  41. 41. Ионообменная мембрана по п.37, в которой сшитый ионопереносящий полимер образован полимеризацией Ы,М,№,№,№'-пентаметилдиэтилентриаминди(винилбензилхлорида) (четвертичная соль Ν,Ν,Ν',Ν',Ν''-пентаметилдиэтилентриамина и винилбензилхлорида) или 1,4диазабицикло[2,2,2]октанди(винилбензилхлорида) (четвертичная соль 1,4-диазабицикло[2,2,2]октана ((ДАБЦО) (ЭЛВСО)) и винилбензилхлорида) или продукт взаимодействия глицидилметакрилат/Ν,Νдиметилэтилендиамин, сшитый подходящим мономером-сшивающим агентом, с формованием анионообменной мембраны.
  42. 42. Ионообменная мембрана по п.41, в которой сшивающим агентом является этиленгликольдиметакрилат.
  43. 43. Ионообменная мембрана по п.37, представляющая собой анионообменную мембрану с удельным электрическим сопротивлением не более 1,0 Ом-см2.
  44. 44. Ионообменная мембрана по п.37, представляющая собой анионообменную мембрану с удельным электрическим сопротивлением не более 1,0 Ом-см2 и избирательной проницаемостью более 90%.
  45. 45. Ионообменная мембрана по п.37, представляющая собой анионообменную мембрану с удель- 22 023476 ным электрическим сопротивлением не более 0,5 Ом-см2.
  46. 46. Ионообменная мембрана по п.37, представляющая собой анионообменную мембрану с удельным электрическим сопротивлением не более 0,5 Ом-см2 и избирательной проницаемостью более 90%.
EA201270317A 2009-08-26 2010-08-26 Ионообменные мембраны и способ получения ионообменной мембраны EA023476B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23708409P 2009-08-26 2009-08-26
US23707609P 2009-08-26 2009-08-26
PCT/US2010/046777 WO2011025867A1 (en) 2009-08-26 2010-08-26 Ion exchange membranes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201270317A1 EA201270317A1 (ru) 2012-08-30
EA023476B1 true EA023476B1 (ru) 2016-06-30

Family

ID=43628382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201270317A EA023476B1 (ru) 2009-08-26 2010-08-26 Ионообменные мембраны и способ получения ионообменной мембраны

Country Status (17)

Country Link
US (3) US8703831B2 (ru)
EP (2) EP3572143B1 (ru)
JP (1) JP5948243B2 (ru)
KR (1) KR101741243B1 (ru)
CN (1) CN102753253B (ru)
AU (1) AU2010286605B2 (ru)
BR (1) BR112012007876A2 (ru)
CA (1) CA2772306C (ru)
CL (1) CL2012000491A1 (ru)
EA (1) EA023476B1 (ru)
ES (2) ES2748340T3 (ru)
IL (1) IL218217A (ru)
IN (1) IN2012DN01816A (ru)
MX (1) MX2012002386A (ru)
SG (2) SG169305A1 (ru)
WO (1) WO2011025867A1 (ru)
ZA (1) ZA201201408B (ru)

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5262085B2 (ja) * 2007-11-28 2013-08-14 ソニー株式会社 負極、二次電池および電子機器
CA2772306C (en) 2009-08-26 2019-10-29 Siemens Pte. Ltd. Ion exchange membranes featuring polymer-filled microporous supports
US8277649B2 (en) * 2009-12-14 2012-10-02 General Electric Company Membranes and associated methods for purification of antibodies
SG189894A1 (en) 2010-10-15 2013-06-28 Siemens Industry Inc Process for making a monomer solution for making cation exchange membranes
CN103237600B (zh) 2010-10-15 2016-07-13 伊沃夸水处理技术有限责任公司 阴离子交换膜及制造方法
GB201112382D0 (en) 2011-07-19 2011-08-31 Fujifilm Mfg Europe Bv Curable compositions and membranes
CN102527236B (zh) * 2011-11-30 2014-04-02 许裕金 快离子导体镶嵌膜制备海水淡化设备
KR101885246B1 (ko) * 2012-04-06 2018-08-03 삼성전자주식회사 이온 교환체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이온 교환 필터 장치와 전기 탈이온 장치
KR20130132107A (ko) * 2012-05-25 2013-12-04 삼성전자주식회사 이온 교환막 충전용 조성물, 이온 교환막의 제조방법, 이온 교환막 및 레독스 플로우 전지
CN103623712A (zh) * 2012-08-23 2014-03-12 上海乐泽环境工程有限公司 一种耐污染均相离子交换膜及其成型工艺
CN103623713A (zh) * 2012-08-28 2014-03-12 上海乐泽环境工程有限公司 一步法均相阳离子交换膜及其成型工艺
RU2015114330A (ru) 2012-09-17 2016-11-10 У.Р. Грейс Энд Ко.-Конн. Хроматографические среды и устройства
SG11201502471UA (en) 2012-09-28 2015-05-28 Fujifilm Corp Functional polymer membrane and method of producing the same
CN104703682B (zh) 2012-09-28 2016-05-18 富士胶片株式会社 高分子功能性膜及其制造方法
SG11201501864RA (en) * 2012-10-04 2015-05-28 Evoqua Water Technologies Llc High-performance anion exchange membranes and methods of making same
US9540261B2 (en) * 2012-10-11 2017-01-10 Evoqua Water Technologies Llc Coated ion exchange membranes
GB2522358A (en) * 2012-10-11 2015-07-22 Evoqua Water Technologies Llc Ion exchange membranes and methods of making the same
AU2013356701B2 (en) * 2012-12-05 2018-05-10 Evoqua Water Technologies Llc Electrochemical separation systems and methods
JP6126498B2 (ja) 2013-02-15 2017-05-10 富士フイルム株式会社 高分子機能性膜及びその製造方法
CA2902180C (en) * 2013-02-26 2023-08-15 Natrix Separations Inc. Mixed-mode chromatography membranes
JP5893578B2 (ja) * 2013-03-07 2016-03-23 富士フイルム株式会社 機能性複合膜及びその製造方法、並びに機能性複合膜を具備したイオン交換膜及びプロトン伝導膜
EP2965803B1 (en) * 2013-03-07 2019-05-15 FUJIFILM Corporation Functional polymer membrane and manufacturing method therefor
JP5897622B2 (ja) * 2013-03-07 2016-03-30 富士フイルム株式会社 高分子機能性膜、その製造方法およびイオン交換装置
WO2014150792A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Hydronovation, Inc. Electrochemical water treatment system and method
JP5980831B2 (ja) * 2013-03-26 2016-08-31 富士フイルム株式会社 高分子機能性膜の製造方法
JP2014201612A (ja) * 2013-04-01 2014-10-27 富士フイルム株式会社 イオン交換膜の製造方法
KR101511990B1 (ko) * 2013-09-24 2015-04-14 한국에너지기술연구원 역전기투석 장치용 이온 교환막 및 이를 포함하는 역전기투석 장치
CN103611425B (zh) * 2013-11-13 2016-08-03 杭州埃尔环保科技有限公司 一种高交换容量阳离子交换膜的制备方法
CN103657448B (zh) * 2013-12-31 2015-05-20 山东天维膜技术有限公司 一种阴离子交换膜的制备方法
SG11201605712SA (en) 2014-01-16 2016-08-30 Grace W R & Co Affinity chromatography media and chromatography devices
JP6198692B2 (ja) 2014-02-28 2017-09-20 富士フイルム株式会社 高分子機能性膜およびその製造方法
JP2017508990A (ja) * 2014-03-06 2017-03-30 ザ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティー オブ テキサス システム 流体の導電率を計測するための方法および装置
EP3137209B1 (en) 2014-05-02 2022-10-05 W.R. Grace & CO. - CONN. Functionalized support material and methods of making and using functionalized support material
CN103980512A (zh) * 2014-05-22 2014-08-13 山东天维膜技术有限公司 一种基于amps制备阳离子交换膜的方法
JP6227791B2 (ja) 2014-08-14 2017-11-08 富士フイルム株式会社 イオン交換膜及びその製造方法、並びに、モジュール及び装置
JP2016144774A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 株式会社クラレ 逆イオン浸透性の低いイオン交換膜及びその製造方法
PL3302784T3 (pl) 2015-06-05 2022-01-17 W.R. Grace & Co.-Conn. Adsorbentowe środki klarujące do bioprzetwarzania oraz sposoby ich wytwarzania i stosowania
CN106800666B (zh) * 2015-11-26 2020-11-27 衢州蓝然新材料有限公司 一种单价离子选择性阳离子交换膜的制造方法
US10329206B2 (en) * 2015-12-16 2019-06-25 University Of Maryland, Baltimore County Nutrient extraction and recovery device for isolation and separation of target products from animal produced waste streams
KR101896179B1 (ko) 2016-03-25 2018-09-06 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 이온 교환막의 제조방법 및 이에 따라 제조된 이온 교환막
CN107583473B (zh) * 2016-07-07 2020-09-29 辽宁易辰膜科技有限公司 一种扩散渗析用卷式离子交换膜的制造方法
US20190168170A1 (en) * 2016-07-27 2019-06-06 University Of Tennessee Research Foundation Anion exchange membrane with hydrophilic moieties
WO2019118662A1 (en) 2017-12-13 2019-06-20 Evoqua Water Technologies Llc Anion exchange membranes for redox flow batteries
CN108067102B (zh) * 2017-12-30 2020-08-04 山东天维膜技术有限公司 一种阳离子交换膜及其制备方法
KR101967331B1 (ko) 2018-05-30 2019-08-13 회명솔레니스(주) 선택적 이온이동 제어방법 및 그를 위한 제어장치
EP3850696A4 (en) 2018-09-11 2022-05-18 Walsh, Kevin Michael DIAPHRAGM ELECTRODE ARRANGEMENTS FOR ION CONCENTRATION GRADIENT DEVICES
US20220062828A1 (en) * 2018-09-25 2022-03-03 Evoqua Water Technolgies Llc Monovalent Selective Cation Exchange Membrane
US11820681B2 (en) 2018-10-26 2023-11-21 Robert Bosch Gmbh Voltage-controlled anion exchange membrane enabling selective ion affinities for water desalination and device containing the same
KR102161970B1 (ko) * 2018-12-20 2020-10-06 충남대학교산학협력단 4차 암모늄기가 도입된 표면개질 폴리케톤 음이온 교환 섬유 및 이의 제조방법
US20220213281A1 (en) * 2019-04-23 2022-07-07 The University Of North Carolina At Chapel Hill Hydrogen-bond enriched ion exchange membranes
CN110227561B (zh) * 2019-05-24 2022-03-08 衢州蓝然新材料有限公司 以网布增强的平板式多孔膜为基体的阳离子交换膜及其制造方法
KR102280150B1 (ko) * 2019-08-16 2021-07-21 도레이첨단소재 주식회사 1가 음이온 선택성 이온 교환막
CN110813386B (zh) * 2019-09-11 2022-04-19 浙江工业大学 一种改性阳离子交换膜的制备方法
CN111111478A (zh) * 2019-12-23 2020-05-08 山东天维膜技术有限公司 一种pvdf基阳离子交换膜的制备方法
CN112723640A (zh) * 2020-12-28 2021-04-30 中国长江三峡集团有限公司 清洁能源海水淡化耦合盐差能发电装置的系统及方法
US20230184728A1 (en) * 2021-12-09 2023-06-15 Dionex Corporation Suppressor
CN114749031B (zh) * 2022-03-29 2023-04-07 杭州水处理技术研究开发中心有限公司 荷正电纳滤膜及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5039420A (en) * 1990-08-16 1991-08-13 Elias Klein Hydrophilic semipermeable membranes based on copolymers of acrylonitrile and hydroxyalkyl esters of (meth) acrylic acid
US5510394A (en) * 1991-02-19 1996-04-23 Ionics Incorporated High ionic conductance ion exchange membranes and their preparation
US20060045985A1 (en) * 2004-09-02 2006-03-02 Kozak Paul D Method and apparatus for electrostatically coating an ion-exchange membrane or fluid diffusion layer with a catalyst layer
US20080023334A1 (en) * 2004-06-18 2008-01-31 Ebara Corporation Liquid Treatment Apparatus
US20090137757A1 (en) * 2000-09-07 2009-05-28 Junichi Imuta Polar group-containing olefin copolymer, process for preparing the same, thermoplastic resin composition containing the copolymer, and uses thereof

Family Cites Families (139)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2780604A (en) 1953-01-22 1957-02-05 Ionics Mono (chloromethyl) styrene, its derivatives, and ion-exchange resins from polymers of aminated compound
US2965697A (en) * 1956-11-05 1960-12-20 Electric Storage Battery Co Battery diaphragm
US3009895A (en) 1956-12-31 1961-11-21 Monsanto Chemicals Compatible blends of two or more interpolymers that follow the slocombewesp rule of azeotropic line clarity and solutions thereof
NL134681C (ru) * 1966-04-26
JPS501707B1 (ru) * 1969-12-20 1975-01-21
US3926864A (en) * 1971-06-21 1975-12-16 Ionics Ion exchange membranes having a macroporous surface area
US4297431A (en) 1978-09-15 1981-10-27 Polaroid Corporation Diffusion control layers in diffusion transfer photographic products
US4231855A (en) 1979-03-02 1980-11-04 Ionics, Incorporated Electrodialysis membranes of high interstitial molality based upon methacrylate ester derivatives
US4585833A (en) 1983-05-26 1986-04-29 Union Carbide Corporation Low shrinkling curable poly(acrylate) molding compositions
US4778601A (en) * 1984-10-09 1988-10-18 Millipore Corporation Microporous membranes of ultrahigh molecular weight polyethylene
US4828772A (en) * 1984-10-09 1989-05-09 Millipore Corporation Microporous membranes of ultrahigh molecular weight polyethylene
US4704324A (en) 1985-04-03 1987-11-03 The Dow Chemical Company Semi-permeable membranes prepared via reaction of cationic groups with nucleophilic groups
US5256503A (en) * 1986-04-07 1993-10-26 Scimat Limited Process for making a composite membrane
GB8608430D0 (en) * 1986-04-07 1986-05-14 Raychem Ltd Porous polymer article
US4933405A (en) * 1986-06-10 1990-06-12 The Dow Chemical Company Homogeneous copolymerization of non-polar monomers with ionic amphiphilic monomers
US4874567A (en) * 1987-04-24 1989-10-17 Millipore Corporation Microporous membranes from polypropylene
US5032274A (en) * 1988-05-04 1991-07-16 Millipore Corporation Process for producing fluorocarbon membranes and membrane product
US5145618A (en) * 1989-09-08 1992-09-08 Ionics, Incorporated Process for manufacturing continuous supported ion selective membranes using non-polymerizable high boiling point solvents
US5264125A (en) * 1989-09-08 1993-11-23 Ionics' Incorporated Process for manufacturing continuous supported ion selective membranes using non-polymerizable high boiling point solvents
US5194189A (en) * 1989-09-08 1993-03-16 Ionics, Incorporated Process for manufacturing continuous, supported polymeric sheet from polymerizable liquid starting materials
US5118717A (en) * 1990-02-13 1992-06-02 Ionics, Incorporated High ion exchange capacity polyelectrolytes having high crosslink densities and caustic stability
US5120632A (en) 1990-12-28 1992-06-09 Xerox Corporation Pigment passivation via polymer encapsulation
JP3219298B2 (ja) * 1992-02-28 2001-10-15 東燃化学株式会社 分離膜及び分離方法
EP0600470A3 (en) * 1992-12-04 1995-01-04 Asahi Glass Co Ltd Bipolar membrane.
BE1006940A6 (fr) * 1993-04-08 1995-01-31 Solvay Procede de fabrication d'une membrane bipolaire et procede de fabrication d'une solution aqueuse d'hydroxyde de metal alcalin.
US5834523A (en) 1993-09-21 1998-11-10 Ballard Power Systems, Inc. Substituted α,β,β-trifluorostyrene-based composite membranes
US5447636A (en) * 1993-12-14 1995-09-05 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for making reinforced ion exchange membranes
IL109240A (en) * 1994-04-07 1998-02-22 Yeda Res & Dev Ion exchange membranes
US5503729A (en) * 1994-04-25 1996-04-02 Ionics Incorporated Electrodialysis including filled cell electrodialysis (electrodeionization)
CN1038562C (zh) * 1994-06-20 1998-06-03 中国科学院化学研究所 聚丙烯微孔膜为基膜的离子交换膜及其制法
BE1008471A3 (fr) * 1994-07-05 1996-05-07 Solvay Membrane bipolaire et procede de fabrication d'une membrane bipolaire.
IT1269982B (it) * 1994-09-20 1997-04-16 Solvay Procedimento di fabbricazione di una membrana bipolare e procedimento di preparazione di una soluzione acquosa di un idrossido di un metalloalcalino mediante elettrodialisi
US5547551A (en) 1995-03-15 1996-08-20 W. L. Gore & Associates, Inc. Ultra-thin integral composite membrane
US5599614A (en) 1995-03-15 1997-02-04 W. L. Gore & Associates, Inc. Integral composite membrane
US6254978B1 (en) 1994-11-14 2001-07-03 W. L. Gore & Associates, Inc. Ultra-thin integral composite membrane
WO1996029133A1 (en) * 1995-03-23 1996-09-26 Ionics, Incorporated Improvements in membrane processes including electrodialysis
US6258276B1 (en) 1996-10-18 2001-07-10 Mcmaster University Microporous membranes and uses thereof
US6013724A (en) 1997-03-05 2000-01-11 Nippon Paint Co., Ltd. Raindrop fouling-resistant paint film, coating composition, film-forming method, and coated article
US5868976A (en) * 1997-03-14 1999-02-09 Koch Membrane Systems, Inc. Process of making a dialysis membrane
US6110333A (en) 1997-05-02 2000-08-29 E. I. Du Pont De Nemours And Company Composite membrane with highly crystalline porous support
US5961796A (en) * 1997-06-03 1999-10-05 Lynntech, Inc. Bipolar membranes with fluid distribution passages
US6248469B1 (en) * 1997-08-29 2001-06-19 Foster-Miller, Inc. Composite solid polymer electrolyte membranes
US6635384B2 (en) * 1998-03-06 2003-10-21 Gore Enterprise Holdings, Inc. Solid electrolyte composite for electrochemical reaction apparatus
US6723758B2 (en) * 1997-11-12 2004-04-20 Ballard Power Systems Inc. Graft polymeric membranes and ion-exchange membranes formed therefrom
US6221248B1 (en) * 1998-03-23 2001-04-24 Ionics Incorporated Styrene sulfonate cation exchange membrane
CA2325403C (en) * 1998-03-24 2009-09-29 Ebara Corporation Electrical deionization apparatus
US6562330B1 (en) * 1998-11-13 2003-05-13 Biocompatibles Limited Therapeutic use of polymers
US6780327B1 (en) * 1999-02-25 2004-08-24 Pall Corporation Positively charged membrane
US7550216B2 (en) 1999-03-03 2009-06-23 Foster-Miller, Inc. Composite solid polymer electrolyte membranes
DE19919881A1 (de) * 1999-04-30 2000-11-02 Univ Stuttgart Organisch-Anorganische Komposites und Kompositmembranen aus Ionomeren oder Ionomerblends und aus Schicht- oder Gerätsilicaten
US6277512B1 (en) * 1999-06-18 2001-08-21 3M Innovative Properties Company Polymer electrolyte membranes from mixed dispersions
US6410672B1 (en) * 1999-07-28 2002-06-25 Ionics, Incorporated Ion exchange and electrochemical methods and devices employing one-step quaternized and polymerized anion selective polymers
JP4398031B2 (ja) 1999-12-03 2010-01-13 株式会社トクヤマ イオン交換膜及びその製造方法
EP1174187B1 (en) * 2000-02-25 2005-11-23 Tokuyama Corporation Bipolar membrane
US6413667B1 (en) * 2000-03-29 2002-07-02 Valence Technology (Nevada), Inc. Flat, bonded-electrode rechargeable electrochemical cell and method of making same
FR2807950B1 (fr) * 2000-04-19 2002-07-19 Solvay Procede de fabrication d'une membrane bipolaire et utilisation de la membrane bipolaire ainsi obtenue
WO2001093361A2 (en) 2000-05-30 2001-12-06 Genesis Group Inc. A fuel cell incorporating a modified ion exchange membrane
CA2353378C (en) * 2000-07-24 2008-09-23 Asahi Glass Company, Limited Anion exchange membrane, process for its production and solution treating apparatus
US7361729B2 (en) * 2000-09-20 2008-04-22 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Ion-conducting sulfonated polymeric materials
WO2002083771A1 (fr) * 2001-04-13 2002-10-24 Organo Corporation Echangeur d'ions
US6689501B2 (en) 2001-05-25 2004-02-10 Ballard Power Systems Inc. Composite ion exchange membrane for use in a fuel cell
DE60220587T2 (de) * 2001-06-29 2007-09-27 Tokuyama Corp., Tokuyama Ionenaustauschermembran
WO2003008078A2 (en) * 2001-07-20 2003-01-30 Mcmaster University Asymmetric gel-filled microporous membranes
CA2396166A1 (en) 2001-07-30 2003-01-30 Asahi Glass Engineering Co., Ltd. Anion exchanger and process for producing anion exchange membrane
US7318972B2 (en) * 2001-09-07 2008-01-15 Itm Power Ltd. Hydrophilic polymers and their use in electrochemical cells
DE60228303D1 (de) * 2001-10-15 2008-09-25 Du Pont Festpolymermembran für eine brennstoffzelle mit darin eingebettetem polyvinylamin für verringerte methanoldurchlässigkeit
US6814865B1 (en) * 2001-12-05 2004-11-09 Seventy-Seventh Meridian Corporation Llc Ion exchange membranes, methods and processes for production thereof and uses in specific applications
US20030153708A1 (en) 2002-01-11 2003-08-14 Caneba Gerald Tablada Free radical retrograde precipitation copolymers and process for making same
WO2003068853A1 (fr) 2002-02-15 2003-08-21 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Membrane d'echange ionique de cluster et corps de connexion d'electrode a membrane d'electrolyte
US6849688B2 (en) * 2002-03-26 2005-02-01 Sachem, Inc. Polymer grafted support polymers
US20070261962A1 (en) * 2002-04-02 2007-11-15 Ryszard Gajek Separation Systems with Charge Mosaic Membrane
JP3773190B2 (ja) * 2002-05-15 2006-05-10 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置
AU2003237581A1 (en) * 2002-07-04 2004-01-23 Ben-Gurion University Of The Negev Highly conductive ordered ion exchange membranes
FR2843399B1 (fr) * 2002-08-06 2004-09-03 Commissariat Energie Atomique Polymeres de type polyphenylenes, leur procede de preparation, membranes et dispositif de pile a combustible comprenant ces membranes
US6828386B2 (en) * 2002-09-20 2004-12-07 Ballard Power Systems Inc. Process for preparing graft copolymers and membranes formed therefrom
AU2003273034A1 (en) * 2002-10-17 2004-05-04 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Composite ion-exchange membrane
ATE448866T1 (de) * 2003-02-19 2009-12-15 Natrix Separations Inc Geträgerte poröse gele umfassende verbundmaterialien
US20040175625A1 (en) 2003-03-06 2004-09-09 Lotfi Hedhli Non-perfluorinated resins containing ionic or ionizable groups and products containing the same
US7449111B2 (en) * 2003-07-30 2008-11-11 Arkema Inc. Resins containing ionic or ionizable groups with small domain sizes and improved conductivity
US7179847B2 (en) * 2003-11-13 2007-02-20 3M Innovative Properties Company Polymer electrolytes crosslinked by e-beam
US7632406B2 (en) * 2004-04-20 2009-12-15 Lawrence Livermore National Security, Llc Smart membranes for nitrate removal, water purification, and selective ion transportation
US7604746B2 (en) * 2004-04-27 2009-10-20 Mcmaster University Pervaporation composite membranes
JP2005334263A (ja) 2004-05-26 2005-12-08 Tokuyama Corp イオントフォレーシス装置及びイオン交換膜
JP4613528B2 (ja) * 2004-06-24 2011-01-19 コニカミノルタホールディングス株式会社 プロトン伝導性電解質膜とその製造方法、及び該プロトン伝導性電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池
US7959780B2 (en) * 2004-07-26 2011-06-14 Emporia Capital Funding Llc Textured ion exchange membranes
KR100723389B1 (ko) 2005-12-21 2007-05-30 삼성에스디아이 주식회사 폴리머 전해질막 및 이를 채용한 연료전지
US20060062982A1 (en) * 2004-09-17 2006-03-23 Massachusetts Institute Of Technology Carbon-polymer electrochemical systems and methods of fabricating them using layer-by-layer technology
FR2876299B1 (fr) * 2004-10-12 2007-01-12 Solvay Membranes echangeuses d'ions structurees dans l'epaisseur et procede pour la fabrication de ces membranes
JP2006114372A (ja) * 2004-10-15 2006-04-27 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 固体高分子電解質および固体高分子電解質膜
JP5261937B2 (ja) * 2004-10-27 2013-08-14 旭硝子株式会社 電解質膜の製造方法
US7893303B2 (en) * 2005-02-04 2011-02-22 Jsr Corporation Polyarylene, process for producing the same, solid polyelectrolyte, and proton-conductive film
JP4886675B2 (ja) * 2005-03-17 2012-02-29 帝人株式会社 電解質膜
KR100668339B1 (ko) 2005-06-18 2007-01-12 삼성전자주식회사 이온 교환성 혼합물 및 그의 제조방법
EP1901379A4 (en) * 2005-07-01 2012-06-06 Tokuyama Corp Disconnect membrane for a fuel cell
US20070031716A1 (en) * 2005-08-05 2007-02-08 Rajendran Raj G Process for making cation exchange membranes with reduced methanol permeability
EP1922367B1 (en) 2005-08-09 2016-03-30 University of Sunderland Fingerprint detection using hydrophobic silica particles and methods of making same
JP4708133B2 (ja) * 2005-09-14 2011-06-22 旭化成ケミカルズ株式会社 電解用フッ素系陽イオン交換膜及びその製造方法
WO2007041569A1 (en) * 2005-09-30 2007-04-12 Ilypsa, Inc. Methods and compositions for selectively removing potassium ion from the gastrointestinal tract of a mammal
US8367267B2 (en) 2005-10-28 2013-02-05 3M Innovative Properties Company High durability fuel cell components with cerium oxide additives
US7977392B2 (en) * 2005-12-22 2011-07-12 Daimler Ag Water insoluble additive for improving conductivity of an ion exchange membrane
US7368200B2 (en) * 2005-12-30 2008-05-06 Tekion, Inc. Composite polymer electrolyte membranes and electrode assemblies for reducing fuel crossover in direct liquid feed fuel cells
US7829218B2 (en) * 2006-03-09 2010-11-09 Samsung Sdi Co., Ltd Proton conductive electrolyte and fuel cell comprising the same
WO2007114480A1 (en) * 2006-03-30 2007-10-11 Fujifilm Corporation Solid electrolyte membrane, method and apparatus for producing the same, membrane electrode assembly and fuel cell
JP5066865B2 (ja) * 2006-08-09 2012-11-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用補強型電解質膜、その製造方法、燃料電池用膜−電極接合体、及びそれを備えた固体高分子型燃料電池
GB0701449D0 (en) * 2007-01-26 2007-03-07 Secr Defence Anion Exchange Membranes
US20080223785A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Miller Jeffrey T Ionic Polymer Membranes
JP5050285B2 (ja) 2007-03-14 2012-10-17 財団法人塩事業センター 製塩用陰イオン交換膜及びその製造方法
GB0706634D0 (en) 2007-04-04 2007-05-16 Itm Fuel Cells Ltd Membrane production
EP1982757A1 (de) * 2007-04-10 2008-10-22 Stichting Voor De Technische Wetenschappen Ionendurchlässige Membran und ihre Herstellung
US7806275B2 (en) * 2007-05-09 2010-10-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior, The Bureau Of Reclamation Chlorine resistant polyamides and membranes made from the same
JP2008288065A (ja) 2007-05-18 2008-11-27 Keio Gijuku 電解質膜、膜−電極接合体、燃料電池及び電解質膜の製造方法
JP5579365B2 (ja) * 2007-12-13 2014-08-27 公益財団法人 塩事業センター 陰イオン交換膜およびその製造方法
US7968663B2 (en) * 2007-12-18 2011-06-28 General Electric Company Anion exchange polymers, methods for making and materials prepared therefrom
JP5196234B2 (ja) 2008-01-25 2013-05-15 財団法人塩事業センター 陰イオン交換膜及びその製造方法
JP5196236B2 (ja) 2008-01-28 2013-05-15 財団法人塩事業センター 陽イオン交換膜及びその製造方法
JP5196241B2 (ja) 2008-03-12 2013-05-15 財団法人塩事業センター 陽イオン交換膜及びその製造方法
JP5196242B2 (ja) 2008-03-12 2013-05-15 財団法人塩事業センター 陰イオン交換膜及びその製造方法
KR101821408B1 (ko) * 2008-03-26 2018-01-23 데이진 가부시키가이샤 고체 고분자형 연료 전지의 전해질막 보강용 필름
US7888397B1 (en) * 2008-04-30 2011-02-15 Sandia Corporation Poly(phenylene)-based anion exchange membrane
KR101000214B1 (ko) * 2008-05-28 2010-12-10 주식회사 엘지화학 이온전도성 수지 파이버, 이온전도성 복합막, 막-전극 접합체 및 연료전지
GB0813227D0 (en) 2008-07-18 2008-08-27 Fuji Film Mfg Europ B V Process for preparing membranes
KR100999048B1 (ko) 2008-08-01 2010-12-09 한국화학연구원 스티렌계-비닐벤질계 공중합체가 함유된 음이온교환 복합막의 제조방법
US20110281197A1 (en) * 2008-11-14 2011-11-17 Tokuyama Corporation Anion-exchange membrane and method for producing the same
WO2010082069A1 (en) * 2009-01-19 2010-07-22 Fujifilm Manufacturing Europe Bv Process for preparing membranes
WO2010095740A1 (ja) 2009-02-23 2010-08-26 旭硝子株式会社 陽イオン交換膜およびその製造方法、並びにこれを用いた電解槽
GB0904558D0 (en) 2009-03-17 2009-04-29 Fujifilm Mfg Europe Bv Membranes
GB0904560D0 (en) 2009-03-17 2009-04-29 Fujifilm Mfg Europe Bv Process for preparing composite membranes
US8716358B2 (en) 2009-03-25 2014-05-06 Kuraray Co., Ltd. Anion exchange membrane and method for producing same
JP5531267B2 (ja) 2009-04-13 2014-06-25 国立大学法人山口大学 イオン交換膜およびその製造方法
CA2772306C (en) 2009-08-26 2019-10-29 Siemens Pte. Ltd. Ion exchange membranes featuring polymer-filled microporous supports
US8696882B2 (en) * 2009-12-03 2014-04-15 Lawrence Livermore National Security, Llc. Nanoengineered field induced charge separation membranes and methods of manufacture thereof
GB0921949D0 (en) * 2009-12-16 2010-02-03 Fujifilm Mfg Europe Bv Curable compositions and membranes
GB0921951D0 (en) * 2009-12-16 2010-02-03 Fujifilm Mfg Europe Bv Curable compositions and membranes
WO2011079062A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-30 Siemens Industry, Inc. Charged porous polymeric membranes and their preparation
SG189894A1 (en) 2010-10-15 2013-06-28 Siemens Industry Inc Process for making a monomer solution for making cation exchange membranes
CN103237600B (zh) 2010-10-15 2016-07-13 伊沃夸水处理技术有限责任公司 阴离子交换膜及制造方法
JP6008870B2 (ja) 2010-12-12 2016-10-19 ベン‐グリオン ユニバーシティ オブ ザ ネゲヴ リサーチ アンド デベロップメント オーソリティ 陰イオン交換膜、その調製方法および用途
CN103717296B (zh) 2011-07-25 2017-02-15 富士胶片制造欧洲有限公司 复合膜
US9073050B2 (en) 2011-10-05 2015-07-07 General Electric Company Ion exchange compositions, methods for making and materials prepared therefrom

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5039420A (en) * 1990-08-16 1991-08-13 Elias Klein Hydrophilic semipermeable membranes based on copolymers of acrylonitrile and hydroxyalkyl esters of (meth) acrylic acid
US5510394A (en) * 1991-02-19 1996-04-23 Ionics Incorporated High ionic conductance ion exchange membranes and their preparation
US20090137757A1 (en) * 2000-09-07 2009-05-28 Junichi Imuta Polar group-containing olefin copolymer, process for preparing the same, thermoplastic resin composition containing the copolymer, and uses thereof
US20080023334A1 (en) * 2004-06-18 2008-01-31 Ebara Corporation Liquid Treatment Apparatus
US20060045985A1 (en) * 2004-09-02 2006-03-02 Kozak Paul D Method and apparatus for electrostatically coating an ion-exchange membrane or fluid diffusion layer with a catalyst layer

Also Published As

Publication number Publication date
CA2772306C (en) 2019-10-29
AU2010286605A1 (en) 2012-03-15
IL218217A0 (en) 2012-04-30
SG185971A1 (en) 2012-12-28
BR112012007876A2 (pt) 2019-09-24
EP2470290A1 (en) 2012-07-04
MX2012002386A (es) 2012-09-07
KR20120059585A (ko) 2012-06-08
IL218217A (en) 2016-11-30
EP2470290A4 (en) 2013-07-03
KR101741243B1 (ko) 2017-06-15
IN2012DN01816A (ru) 2015-06-05
US9023902B2 (en) 2015-05-05
CN102753253B (zh) 2016-04-13
ZA201201408B (en) 2015-01-28
EP3572143B1 (en) 2021-06-02
AU2010286605B2 (en) 2015-08-13
US20150217234A1 (en) 2015-08-06
CA2772306A1 (en) 2011-03-03
US8703831B2 (en) 2014-04-22
ES2882803T3 (es) 2021-12-02
CN102753253A (zh) 2012-10-24
WO2011025867A1 (en) 2011-03-03
US20140166488A1 (en) 2014-06-19
EA201270317A1 (ru) 2012-08-30
EP3572143A1 (en) 2019-11-27
JP5948243B2 (ja) 2016-07-06
SG169305A1 (en) 2011-03-30
JP2013503038A (ja) 2013-01-31
EP2470290B1 (en) 2019-07-24
US20110068002A1 (en) 2011-03-24
US9731247B2 (en) 2017-08-15
ES2748340T3 (es) 2020-03-16
CL2012000491A1 (es) 2012-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA023476B1 (ru) Ионообменные мембраны и способ получения ионообменной мембраны
US9768502B2 (en) Anion exchange membranes and process for making
JP5889907B2 (ja) カチオン交換膜を製造するためのモノマー溶液の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM