专利名称：海水淡化电滤离子膜的制备方法
技术领域：
本发明属于海水淡化膜技术领域，具体地说是一种使用寿命长、操作工艺简单的 海水淡化电滤离子膜的制备方法。
背景技术：
众所周知，不同的膜具有不同的微观结构和功能，需要用不同的方法制备，膜制备 方法一直是膜领域的核心研究课题，自1960年Loeb和Sourirajan发明醋酸纤维素非对称 膜成功用于海水脱盐，几十年来，膜技术得到了蓬勃发展。目前，国内外主要的膜生产商，如 美国 Dow Chem 公司、Hydranautics 公司、Koch 公司，日本 Nitto Denko 公司、Toray 公司， 韩国Mehan公司，中国汇通源泉公司等，已开发出多系列膜组件。现有的膜制备工艺有熔 融拉伸、溶液沉淀、热致相分离三种。应用较为广泛的是热致相分离方法。目前已工业化的 膜多数由聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、芳香族聚酰胺、聚砜类等材料制成，它们有良好的热 稳定性及耐化学腐蚀性，但因这些材料亲水性差，易导致溶质吸附和膜孔堵塞，使得在膜分 离的过程中分离效果下降，而且由于其不可润湿性，在水处理使用时需要较高的压力梯度 才能使水渗过膜孔。另一方面，传统的亲水性膜，例如醋酸纤维素等膜，由于机械强度、热稳 定性和耐化学腐蚀性较差，在使用上也有一定的局限性。随着膜技术的迅速发展和广泛运 用，荷电膜的研究越来越普遍。荷电膜材料带有极性集团，与溶液接触后，膜表面荷电，吸引 极性相异的带电物质，由于高的截留相对分子质量和表面电荷，其平均渗透通量远大于不 带电膜。现有的荷电膜仍是压力驱动，利用其对特殊离子的分离性能实现对离子的相对分 离，虽然荷电膜工作过程中存在微弱电场，但电场强度太小并不能有效解决膜过程结垢、微 生物污染等问题，仍需添加各种化学药剂。因此，需要提供一种能够靠电驱动的海水淡化电 滤离子膜的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提出具有一定的机械强度以及良好的导电性能，不容易污染劣 化、使用寿命长、操作工艺简单的海水淡化电滤离子膜的制备方法。一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，是将聚合物与溶剂于反应器中，搅拌加热 至50°C -90°C，待完全溶解成均一相后，将交联剂和导电填料加入上述溶液中，保持以上温 度搅拌lOmin，将混合产物降温冷却刮膜，最后在100°C温度下交联反应l_4h制得电滤离 子膜，其中，聚合物、溶剂、交联剂、导电填料的投料比控制如下聚合物与溶剂质量比范围 1 4-40，聚合物与导电填料质量比范围1 0. 2-0. 8，溶剂与交联剂质量比范围200-800 1。本发明中聚合物是具有羟基的乙烯醇共聚物；交联剂是可以发生酯化反应的有机 酸；导电填料是具有导电性、导热性，耐腐蚀的金属或无机非金属粉末；溶剂是去离子水、 二甲基亚砜或二甲苯。本发明中，投料方法中可以将聚合物、溶剂、交联剂、导电填料同时加入。本发明将聚合物和导电填料的混合溶液降温浇膜，经过交联反应制得具有良好亲水性、导电性和机械强度的电滤离子膜，本发明所提出的制备方法简单方便，成本低，制得 的膜性能良好。
附图1是本发明聚乙烯醇的溶解时间情况示意图。附图2是本发明聚乙烯醇与去离子水体积的关系示意图。附图3是本发明聚乙烯醇的成膜时间情况示意图。附图4是本发明草酸用量对电滤离子膜厚度的影响示意图。附图5是本发明石墨填充量对电滤离子膜厚度的影响示意图。附图标记聚乙烯醇含量XI、溶解时间Y1、聚乙烯醇含量X2、聚乙烯醇与去离子 水体积Y2、聚乙烯醇的体积1、去离子水的体积2、聚乙烯醇含量X3、成膜时间Y3、乙二酸 用量X4、电滤离子膜厚度Y4、聚乙烯醇为6. 7wt%加入Ig石墨时乙二酸用量对电滤离子膜 厚度的影响曲线3、聚乙烯醇为6. 7wt%加入2g石墨时乙二酸用量对电滤离子膜厚度的影响 曲线4、聚乙烯醇6. 7wt%为加入3g石墨时乙二酸用量对电滤离子膜厚度的影响曲线5、聚 乙烯醇为6. 7wt%加入4g石墨时乙二酸用量对电滤离子膜厚度的影响曲线6、石墨填充量 X5、电滤离子膜厚度Y5。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述
本发明提出的一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，是将聚合物与溶剂于反应器中， 搅拌加热至50°C -90°C，待完全溶解成均一相后，将交联剂和导电填料加入上述溶液中，保 持以上温度搅拌lOmin，将混合产物降温冷却刮膜，最后在100°C温度下交联反应l_4h，其 中，聚合物、溶剂、交联剂、导电填料的投料比控制如下聚合物与溶剂质量比范围1:4-40， 聚合物与导电填料质量比范围1:0. 2-0. 8，溶剂与交联剂质量比范围200-800:1，其中聚合 物是具有羟基的乙烯醇共聚物；交联剂是可以发生酯化反应的有机酸；导电填料是具有导 电性、导热性，耐腐蚀的金属或无机非金属粉末；溶剂是去离子水、二甲基亚砜或二甲苯。其中，如附图所示，海水淡化电滤离子膜的制备方法中，涉及到聚乙烯醇的溶解情 况，包括聚乙烯醇的浓度与其溶解时间的关系(如图1所示)、不同质量分数聚乙烯醇与去离 子水体积的关系(如图2所示);涉及到聚乙烯醇的成膜情况，包括不同浓度聚乙烯醇的成膜 时间(如图3所示)、乙二酸用量对成膜厚度的影响(如图4所示)、石墨填充量对成膜厚度的 影响(如图5所示)。实施例1
称取聚乙烯醇5g与溶剂去离子水75mL配置于烧杯中，密封，对溶液搅拌加热证，加热 温度保持70°C，搅拌速度为lOOOr/min，待完全溶解成均一相后，准确称取0. Ig乙二酸加入 上述溶液中，继续加热搅拌lOmin，然后准确称取2g石墨粉加入上述溶液中，继续搅拌加热 20min，使用刮膜刷蘸取配置好的聚乙烯醇石墨混合溶液在玻璃板上刮膜，静置20min，将带 有刮膜的玻璃板在100°C温度下烘干lh，制得电滤离子膜。测试结果所得的海水淡化电滤离子膜的拉伸强度为9. IMPa,电阻率为 14. O Ω · cm ο实施例2称取聚乙烯醇5g与溶剂去离子水75mL配置于烧杯中，密封，对溶液搅拌加热证，加热 温度保持70°C，搅拌速度为lOOOr/min，待完全溶解成均一相后，准确称取0. Ig乙二酸加入 上述溶液中，继续加热搅拌lOmin，然后准确称取4g石墨粉加入上述溶液中，继续搅拌加热 20min，使用刮膜刷蘸取配置好的聚乙烯醇石墨混合溶液在玻璃板上刮膜，静置20min，将带 有刮膜的玻璃板在100°C温度下烘干池，制得电滤离子膜。测试结果所得的海水淡化电滤离子膜的拉伸强度为8. 4MPa，电阻率为 10. 4 Ω · cm。实施例3
称取聚乙烯醇5g与溶剂去离子水75mL配置于烧杯中，密封，对溶液搅拌加热证，加热 温度保持70°C，搅拌速度为lOOOr/min，待完全溶解成均一相后，准确称取0. 05g乙二酸加 入上述溶液中，继续加热搅拌lOmin，然后准确称取Ig石墨粉加入上述溶液中，继续搅拌加 热20min，使用刮膜刷蘸取配置好的聚乙烯醇石墨混合溶液在玻璃板上刮膜，静置20min， 将带有刮膜的玻璃板在100°C温度下烘干lh，制得电滤离子膜。测试结果所得的海水淡化电滤离子膜的拉伸强度为13.2MPa，电阻率为 16. 4 Ω · cm。依照上述实例本发明内容所述范围均能实施，制得效果良好的电滤离子膜，本发 明不仅仅局限于上述实例。本发明与现有技术相比，提供一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，经实际测试 证明，采用该方法制备的海水淡化电滤离子膜的抗拉强度可以达到13. 2MPa,电导率可以低 至10. 4Ω · cm，本发明具有操作工艺简便、成本低、制得膜性能良好等显著的优点。
权利要求
1.一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，是将聚合物与溶剂于反应器中，搅拌加热 至50°C -90°C，待完全溶解成均一相后，将交联剂和导电填料加入上述溶液中，保持以上温 度搅拌lOmin，将混合产物降温冷却刮膜，最后在100°C温度下交联反应l_4h制得电滤离 子膜，其中，聚合物、溶剂、交联剂、导电填料的投料比控制如下聚合物与溶剂质量比范围 1 4-40，聚合物与导电填料质量比范围1 0. 2-0. 8，溶剂与交联剂质量比范围200-800 1。
2.根据权利要求1所述的一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，其特征在于所述聚合 物是具有羟基的乙烯醇共聚物。
3.根据权利要求1所述的一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，其特征在于交联剂是 乙二酸。
4.根据权利要求1所述的一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，其特征在于所述导电 填料是铜、石墨、碳纳米管、碳凝胶的一种。
5.根据权利要求1所述的一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，其特征在于所述溶剂 去离子水、二甲基亚砜、二甲苯的一种或几种混合制成。
6.根据权利要求1所述的一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，其特征在于将混合产 物冷却至温度范围为10-20°C，再进行刮膜、交联反应制得电滤离子膜。
全文摘要
本发明涉及一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，其特征是将聚合物和溶剂的混合溶液先降温刮膜，然后加入交联剂以及导电填料进行交联反应，制成膜，本发明制备工艺简单，易于控制，可实现连续化生产，本发明与现有技术相比，提供一种海水淡化电滤离子膜的制备方法，经实际测试证明，采用该方法制备的海水淡化电滤离子膜的抗拉强度可以达到13.2MPa，电导率可以低至10.4Ω·cm，本发明具有操作工艺简便、成本低、制得膜性能良好等显著的优点。
文档编号B01D71/06GK102139189SQ20111002685
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者张鹏, 程树康, 郭斌, 陈刚 申请人:哈尔滨工业大学(威海)