一种低跨膜电压的单片型双极膜及其制备方法与流程

本发明属于双极膜，具体涉及一种低跨膜电压的单片型双极膜及其制备方法。

背景技术：

1、双极膜为阳离子交换膜和阴离子交换膜贴合而成的复合膜，其具有产生如下被称为水解的现象的功能：通过对浸渍于水溶液中的双极膜的两侧施加电压而将膜内的水离解为质子和氢氧根。利用该功能，将双极膜和阳离子交换膜、阴离子交换膜组合来进行电渗析，由此例如可以由中性盐制造酸、碱。

2、现有双极膜的跨膜电压较高，造成能耗高，同时也更容易导致烧膜等故障发生；基于此，本领域亟需寻求如何降低双极膜的跨膜电压的技术，以节约能耗。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种低跨膜电压的单片型双极膜及其制备方法。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种低跨膜电压的单片型双极膜的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将苯乙烯、二乙烯基苯及引发剂在第一温度下进行预聚合，当预聚物开始形成果冻状时降温停止反应，制备成膜液；

5、(2)将膜液加热至液体状，此时将聚烯烃薄膜浸润在其中进行含浸，在含浸一定时间后，将含浸后薄膜从有机混合物中取出；

6、(3)将含浸薄膜放入第二温度的水中进行聚合反应，聚合反应结束后，制成底膜；

7、(4)将底膜进行氯甲基化并进行单面胺化，制成半阴膜；

8、(5)将半阴膜胺化的一面再进行单面部分磺化，控制磺化反应条件，磺化结束后，使得此膜的阳层中和阴阳层界面处都有一定量的具备水解离催化能力的叔胺基团；

9、(6)将步骤(5)处理得到的膜片再次进行单面季胺化，将膜中未反应的部分全部接枝季铵基团，反应完的膜片已具备双极膜特性；

10、(7)将步骤(6)处理得到的双极膜再浸泡在fecl2溶液中，待浸泡一定时间后，再将膜片取出浸泡在碱液中转型，制得单片型双极膜。

11、作为优选方案，所述步骤(1)中，预聚合的温度为60～80℃、时间为0.3～1.5h。

12、作为优选方案，所述步骤(1)中，预聚物开始形成果冻状的判断条件为：粘度为200～500dpa·s。

13、作为优选方案，所述步骤(2)中，膜液的加热温度为60～80℃，含浸时间为5～30min。

14、作为优选方案，所述步骤(3)中，聚合反应的温度为60～80℃、时间为4～10h。

15、作为优选方案，所述步骤(4)中，将底膜浸泡在氯甲醚中加热至30～45℃，以sncl4为催化剂，反应2～8h后，将反应后的薄膜取出，用水清洗残留的氯甲基化液后备用；

16、将清洗之后的膜片单面浸泡在5～10wt％的二甲胺溶液中，胺化1.5～4h后结束，然后再用清水洗至中性，得到半阴膜。

17、作为优选方案，所述步骤(5)中，半阴膜低温烘干后，将胺化的一面与硫酸反应，加热至50～80℃，反应1～4h，以使部分阴膜发生磺化反应。

18、作为优选方案，所述步骤(6)中，季胺化的温度为20～40℃。

19、作为优选方案，所述步骤(7)中，fecl2溶液的浓度为0.5～5wt％，转型的温度为25～60℃、时间为5～30min。

20、本发明还提供如上任一项方案所述的制备方法制得的单片型双极膜。

21、本发明与现有技术相比，有益效果是：

22、本发明的单片型双极膜相比现有的双极膜，有效降低了跨膜电压，最低达可到1.15v，且具备稳定的跨膜电压，有利于能耗的降低。

技术特征：

1.一种低跨膜电压的单片型双极膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，预聚合的温度为60～80℃、时间为0.3～1.5h。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，预聚物开始形成果冻状的判断条件为：粘度为200～500dpa·s。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，膜液的加热温度为60～80℃，含浸时间为5～30min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，聚合反应的温度为60～80℃、时间为4～10h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将底膜浸泡在氯甲醚中加热至30～45℃，以sncl4为催化剂，反应2～8h后，将反应后的薄膜取出，用水清洗残留的氯甲基化液后备用；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，半阴膜低温烘干后，将胺化的一面与硫酸反应，加热至50～80℃，反应1～4h，以使部分阴膜发生磺化反应。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，季胺化的温度为20～40℃。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，fecl2溶液的浓度为0.5～5wt％，转型的温度为25～60℃、时间为5～30min。

10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的单片型双极膜。

技术总结
本发明涉及低跨膜电压的单片型双极膜及其制备方法，包括：将苯乙烯、二乙烯基苯及引发剂进行预聚合，形成果冻状时降温停止反应，制得膜液；将膜液加热至液体状，进行聚烯烃薄膜含浸；将含浸薄膜放入水中进行聚合反应制成底膜；将底膜进行氯甲基化并进行单面胺化，制成半阴膜；将半阴膜胺化的一面再进行单面部分磺化，使得此膜的阳层中和阴阳层界面处都有叔胺基团；将上一步处理得到的膜片再次进行单面季胺化，将膜中未反应的部分全部接枝季铵基团；将上一步处理得到的双极膜再浸泡在FeCl2溶液中，之后取出浸泡在碱液中转型，制得双极膜。本发明的单片型双极膜相比现有双极膜，有效降低了跨膜电压，且具备稳定的跨膜电压，有利于能耗降低。

技术研发人员：卿波,廖巧,楼照,黄伟平
受保护的技术使用者：杭州蓝然技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17