改性聚乙烯亚胺/聚丙烯酸钠双极膜制备方法
【专利说明】一种纳米Zn2+-T i O2改性聚乙烯亚胺/聚丙烯酸钠双极膜制备方法
技术领域
[000?]本发明公开了一种纳米Zn2+_Ti02改性聚乙稀亚胺/聚丙稀酸钠双极膜制备方法，属于双极膜领域。
【背景技术】
[0002]双极膜(BPM)是20世纪后期发展起来的一种新型的离子交换复合膜，由均相的阳膜(CM)和阴膜(AM)及中间界面层(即阳、阴两膜层内侧及其邻近区域)所组成。在直流电场作用下(当跨膜电压为IV时，中间界面层中的电场强度可高达18?19V-Hf1)，双极膜中间界面层中的水将解离成氢离子和氢氧根离子。近年来，BPM技术在环境保护、生物化工和海洋化工等诸多领域中的应用取得了迅速发展。
[0003]双极膜有的阴、阳离子交换层必须具有高的选择透过性，这样才能有效地把水解离产生的的Η+、0Η—迀移到膜外溶液中，膜外溶液中的水分也必须能及时地渗透补充到中间层，另外还要求膜薄而机械强度高、低电阻耐高电流密度、水解离电压小、效率高等条件。对双极膜阴、阳膜层进行改性，不但可以提高阴、阳膜层的性能，而且可引起阴、阳膜层内侧的中间界面层结构和性能发生变化，从而促进其中水的解离，达到降低双极膜的膜阻抗与跨膜压降，降低能耗和生产成本的目的。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题:针对目前制成双极膜的材料使用久后阴阳层会相互穿透，而且机械稳定性不强，膜层结合不够牢固，会有剥离脱落的现象产生的问题，提供了一种纳米Zn2+-T12改性聚乙烯亚胺/聚丙烯酸钠双极膜制备方法，本发明在铸膜液中添加制得的纳米Zn2+-T12粉末，形成的双极膜可以改变双极膜中间界面层的属性，消弱水的结合力，增加中间层的亲水性，从而促进水的解离，降低膜电压，并且使中间层附着力增强，不易溶解或者脱落，制得的双极膜既要保证阴阳层不能相互穿透，又要机械稳定性强，与膜层牢固结合，不能剥离。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(1)称取13?15g纯锌粒于500mL的烧杯中，向烧杯中加入160?180mL去离子水和160?180mL质量分数98%硝酸，放在35?40°C电热板上进行加热，并同时进行搅拌至固体溶解，溶解后继续搅拌加热至溶液体积浓缩至160?180mL，停止加热冷却至室温，将溶液移入2L容量瓶中，加去离子水稀释至刻度；
(2)向500mL的三口烧瓶中，分别量取40?50mL无水乙醇、10?15mL冰醋酸和5?7mL上述稀释后溶液，用磁力搅拌机搅拌5?1min，量取15?20mL钛酸丁酯和45?50mL无水乙醇装入分液漏斗中，摇晃均匀后在搅拌的条件下缓慢滴加在三口烧瓶中，搅拌至滴加完毕，之后放入室温下静置30?40min，形成均匀透明的溶胶，将溶胶陈化I?2h，陈化后过滤去除上清液，将下层凝胶进行自然风干，风干后研磨成170?180目粉末，将粉末放入140?150°C的烘箱中干燥I?2h，干燥后的粉末再放入马弗炉中，设置450?550°C进行焙烧80?90min，焙烧后研磨、过筛得纳米Zn2+-T12粉末；
(3)称取9?15g聚乙稀亚胺于烧杯中，向杯中加入280?350mL去离子水，再加入5?1g聚乙烯、0.3?0.5mL戊二醛，放入60?7 5°C的水浴中，搅拌至固体溶解，再用超声波脱泡5?8min，得到透明膜液，流延于平整的培养皿中，在室温下风干成膜，蒸馏水冲洗3?5次，自然风干，即得聚乙烯-聚乙烯亚胺阴离子交换膜；
(4)称取I?3g聚丙烯酸钠，加入300?350mL去离子水，快速搅拌均匀，再加入3?8g聚乙稀、0.2?0.5g氯化钾、3?5滴丙酮于烧瓶中，再加入100?120mL蒸馈水，搅拌至溶解得透明溶液，称取0.5?0.7g步骤(2)得到的纳米粉末于溶液中，再加入50?70mL无水乙醇，用超声波分散15?20min，分散后减压脱泡15?25min，得到阳离子铸膜液；
(5)将上述阳离子铸膜液喷涂至干燥后的阴离子交换膜上，喷涂均匀后将其放入空气中自然干燥完全，即可得到双极膜。
[0006]本发明的应用方法:将本发明制得的双极膜可以应用在酸碱的制备与回收，离子交换树脂的再生，钾钠无机矿物盐工业中K、Na，的转化，制备高纯水及海洋化工等，将双极膜技术应用于精细有机化工中，可制备回收各种有机酸碱、氨基酸、蛋白质等高附加值的产品，具有巨大的经济效益。
[0007]本发明的有益效果是:
(1)本发明制得的双极膜既要保证阴阳层不能相互穿透，又要机械稳定性强，与膜层牢固结合，不能剥离；
(2)本发明制得的双极膜强亲水性，利于盐水扩散，具有广泛的应用前景。
【具体实施方式】
[0008]首先称取13?15g纯锌粒于500mL的烧杯中，向烧杯中加入160?180mL去离子水和160?180mL质量分数98%硝酸，放在35?40°C电热板上进行加热，并同时进行搅拌至固体溶解，溶解后继续搅拌加热至溶液体积浓缩至160?ISOmL，停止加热冷却至室温，将溶液移入2L容量瓶中，加去离子水稀释至刻度；向500mL的三口烧瓶中，分别量取40?50mL无水乙醇、10?15mL冰醋酸和5?7mL上述稀释后溶液，用磁力搅拌机搅拌5?lOmin，量取15?20mL钛酸丁酯和45?50mL无水乙醇装入分液漏斗中，摇晃均匀后在搅拌的条件下缓慢滴加在三口烧瓶中，搅拌至滴加完毕，之后放入室温下静置30?40min，形成均匀透明的溶胶，将溶胶陈化I?2h，陈化后过滤去除上清液，将下层凝胶进行自然风干，风干后研磨成170?180目粉末，将粉末放入140?150°C的烘箱中干燥I?2h，干燥后的粉末再放入马弗炉中，设置450?550°C进行焙烧80?90min，焙烧后研磨、过筛得纳米Zn2+-T12粉末;称取9?15g聚乙烯亚胺于烧杯中，向杯中加入280?350mL去离子水，再加入5?1g聚乙稀、0.3?0.5mL戊二醛，放入60?75°C的水浴中，搅拌至固体溶解，再用超声波脱泡5?8min，得到透明膜液，流延于平整的培养皿中，在室温下风干成膜，蒸馏水冲洗3?5次，自然风干，即得聚乙烯-聚乙烯亚胺阴离子交换膜;称取I?3g聚丙烯酸钠，加入300?350mL去离子水，快速搅拌均匀，再加入3?8g聚乙稀、0.2?0.5g氯化钾、3?5滴丙酮于烧瓶中，再加入100?120mL蒸馈水，搅拌至溶解得透明溶液，称取0.5?0.7g纳米粉末于溶液中，再加入50?70mL无水乙醇，用超声波分散15?20min，分散后减压脱泡15?25min，得到阳离子铸膜液;将阳离子铸膜液喷涂至干燥后的阴离子交换膜上，喷涂均匀后将其放入空气中自然干燥完全，即可得到双极膜。
[0009]实例I
首先称取13g纯锌粒于500mL的烧杯中，向烧杯中加入160mL去离子水和160mL质量分数98%硝酸，放在35°C电热板上进行加热，并同时进行搅拌至固体溶解，溶解后继续搅拌加热至溶液体积浓缩至160mL，停止加热冷却至室温，将溶液移入2L容量瓶中，加去离子水稀释至刻度；向500mL的三口烧瓶中，分别量取40mL无水乙醇、1mL冰醋酸和5mL上述稀释后溶液，用磁力搅拌机搅拌5min，量取15mL钛酸丁酯和45mL无水乙醇装入分液漏斗中，摇晃均勾后在搅拌的条件下缓慢滴加在三口烧瓶中，搅拌至滴加完毕，之后放入室温下静置30min，形成均匀透明的溶胶，将溶胶陈化lh，陈化后过滤去除上清液，将下层凝胶进行自然风干，风干后研磨成170目粉末，将粉末放入1400C的烘箱中干燥Ih，干燥后的粉末再放入马弗炉中，设置450°C进行焙烧80min，焙烧后研磨、过筛得纳米Zn2+-T12粉末;称取9g聚乙烯亚胺于烧杯中，向杯中加入280mL去离子水，再加入5g聚乙烯、0.3mL戊二醛，放入60°C的水浴中，搅拌