一种改性离子交换膜的制备方法及其产品与流程

本发明属于高分子材料，具体涉及一种离子交换膜的改性制备方法及其产品。

背景技术：

1、当代社会，随着人们生活水平的提高，城市化和工业化的进一步深入，人们对周边环境质量的期待不断提高。在水处理方面，随着科学技术的发展，阴离子交换膜行业不断进行技术升级和创新，开发更加高效、环保的膜材料和膜技术。阴离子交换膜广泛应用于水处理、环境保护、能源开发等领域。随着人们对水资源和环境关注的增加，膜技术在这些领域的应用将进一步扩大。阴离子交换膜具有水质净化、资源循环利用等环保特性，符合绿色发展理念。因此，绿色环保已成为行业发展的主流趋势。随着全球对清洁能源的需求不断增加，阴离子交换膜在燃料电池和电解池等清洁能源技术中发挥着关键作用。随着时间的推移，阴离子交换膜技术的商业化水平不断提高。越来越多的公司投入研发和生产，加速了市场的成熟和普及。对阴离子交换膜行业的发展具有积极作用。除了传统的燃料电池和电解池应用，阴离子交换膜在新兴领域如电化学传感器、水处理和药物传递等方面也有潜力，这些应用领域的发展也会推动该行业的增长。阴离子交换膜的性能一直是研究和开发的重点。这包括提高导电性能、稳定性、化学稳定性和耐久性等方面。随着技术的成熟和规模经济效应的实现，阴离子交换膜的生产成本有望逐步降低，这将有助于推动燃料电池和电解池等电化学设备的商业化和市场普及。随着环保意识的提升，对于制备阴离子交换膜的环保工艺和材料选择将受到更高的关注。绿色制备方法和可再生材料可能会得到更多关注。未来阴离子交换膜可能会更多地具有多功能性，比如在除离子传输外还具备催化活性，从而提高电化学设备的整体效率。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种改性离子交换膜的制备方法。

2、本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备得到的改性离子交换膜产品。

3、本发明目的通过以下方案实现：一种改性离子交换膜的制备方法，先进行浸渍处理为普通的离子交换膜引入羧基然后活化，再通过静电纺丝工艺在已经预处理过的离子交换膜上进行喷丝覆膜，最后固定处理得到改性阴离子膜样品，包括下述步骤：

4、阴离子交换膜事先经过第一步浸渍和第二步活化处理；

5、静电纺覆膜：

6、1）静电纺浆料配制：取聚乙烯亚胺、聚乙烯醇粉末和水以2~5: 8~12:100的质量比配料，搅拌溶解完全，得到均一纺丝浆料；

7、2）结合图1，纺丝浆料加入到上胶料槽中，加入量以胶辊辊底没入浆料3~5mm为准，同时，接入蠕动泵浆料补料循环系统，胶辊接高电压并以适宜转速旋转上胶；阴离子交换膜事先经过第一步浸渍和第二步活化处理后紧贴着胶辊正上方的极板作水平匀速收卷动作，胶辊上端的浆料在高压静电场力作用下向上形成射流，均匀沉积在上方的阴离子交换膜上形成纤维覆盖交织层，复合膜再经过第三步固定处理最后得到改性阴离子膜样品。

8、其中，所述的第一步浸渍处理的过程为:取对氨基苯乙酸加入到盐酸中配成溶液，再滴入na2no2溶液搅拌均匀，最终浸渍液中对氨基苯乙酸、盐酸和na2no3的摩尔比为1: 5:1，将离子交换膜浸渍在溶液中4小时后取出用盐酸和去离子水清洗2次。

9、所述的第二步活化处理过程为:将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺加入到甲醇中配成活化液，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、n-羟基琥珀酰亚胺和甲醇的质量比为1.7: 1:600，将离子交换膜浸入活化液中保持2小时。

10、所述的第三步固定是在戊二醛熏蒸室处理半小时，戊二醛水溶液浓度为50%，熏蒸温度60℃~70℃。

11、优选的，所述的聚乙烯醇粉末的聚合度为1700~1800，醇解度为88%。

12、前述所用的离子交换膜为异相离子交换膜。

13、进一步的，所述纺丝时图1中的上胶料槽中可以同时放多个相互平行的胶辊，这些胶辊规格相同，可以同时接电旋转上胶，且旋转方向可以单独控制。

14、所述纺丝时的电压范围为70~100kv，胶辊上端到极板的距离h范围是170~200mm，膜收卷速度为0.1~0.5m/min，纺丝空间环境温度为40~50℃，湿度为60%~70%。

15、本发明还提供了一种改性阴离子交换膜，据上述任一所述方法制备得到，得到的交换膜可以有效抑制盐的扩散，其nacl扩散系数＜6×10-9m/s，有利于改善膜的工作性能。

技术特征：

1.一种改性离子交换膜的制备方法，其特征在于先进行浸渍处理为普通的离子交换膜引入羧基然后活化，再通过静电纺丝工艺在已经预处理过的离子交换膜上进行喷丝覆膜，最后固定处理得到改性阴离子交换膜样品，包括以下步骤：

2.据权利要求1所述的一种改性离子交换膜的制备方法，其特征在于步骤一）中，第一步浸渍处理的过程为:取对氨基苯乙酸加入到盐酸中配成溶液，再滴入na2no2溶液搅拌均匀，最终浸渍液中对氨基苯乙酸、盐酸和na2no3的摩尔比为1: 5:1，将离子交换膜浸渍在溶液中4小时后取出用盐酸和去离子水清洗2次。

3.据权利要求1所述的一种改性离子交换膜的制备方法，其特征在于步骤一）中，第二步活化处理过程为:将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺加入到甲醇中配成活化液，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、n-羟基琥珀酰亚胺和甲醇的质量比为1.7: 1:600，将离子交换膜浸入活化液中保持2小时。

4.据权利要求1所述的一种改性离子交换膜的制备方法，其特征在于步骤三）中，固定处理是在戊二醛熏蒸室处理半小时，戊二醛水溶液浓度为50%，熏蒸温度60℃~70℃。

5.据权利要求1所述的一种改性离子交换膜的制备方法，其特征在于所述的聚乙烯醇粉末的聚合度为1700~1800，醇解度为88%。

6.据权利要求1所述的一种改性离子交换膜的制备方法，其特征在于所用的离子交换膜为异相离子交换膜。

7.据权利要求1所述的一种改性离子交换膜的制备方法，其特征在于纺丝时图1中的上胶料槽中可以同时放多个相互平行的胶辊，这些胶辊规格相同，可以同时接电旋转上胶，且旋转方向可以单独控制。

8.据权利要求1所述的一种改性离子交换膜的制备方法，其特征在于纺丝时的电压范围为70~100kv，胶辊上端到极板的距离h范围是170~200mm，膜收卷速度为0.1~0.5m/min，纺丝空间环境温度为40~50℃，湿度为60%~70%。

9.一种改性离子交换膜，其特征在于据权利要求1-8任一所述方法制备得到，得到的交换膜可以有效抑制盐的扩散，其nacl扩散系数＜6×10-9m/s，有利于改善膜的工作性能。

技术总结
本发明公开了一种改性离子交换膜制备方法及其产品，先进行浸渍处理为普通的离子交换膜引入羧基然后活化，再通过静电纺丝工艺在已经预处理过的离子交换膜上进行喷丝覆膜，最后固定处理得到改性阴离子交换膜样品。改性制备的离子交换膜可以有效抑制盐的扩散，其NaCl扩散系数＜6×10‑9m/s，有利于改善膜的工作性能。

技术研发人员：陈超,吴晓燕,陈义军,林琳
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11