[发明专利]制膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜，制备这些膜的方法和这些膜的用途，如在反向渗析中的用途。

背景技术

全球变暖和化石燃料的高价格使人们提高了对可再生能源的兴趣。最常见的可再生能源是风能和太阳能。使用叶轮机收集风能越来越普遍，尽管许多人认为叶轮机不美观并且它们在低风中和非常大风天里是无效的。太阳能也依赖于天气并且其在远离半球的国家不是特别地有效。

1954年，R.Plattle首次在Nature中描述了利用反向电渗析(RED)从海水和淡水产生能量的原理。70年代时在美国和以色列获得了实验结果。美国专利第4,171,409号是本领域创新的早期实例。荷兰的KEMA于2002年重新开始对RED的研究，命名为“蓝色能量”，获得了2004年的“Energyand Environment”类的Dutch Innovation Award。在荷兰，由于附近有丰富的淡水/咸淡水和咸水供给，因此对这种技术尤其感兴趣。

在Turek et al，Desalination 205(2007)67-74论文中讨论了使用RED发电。反向透析(RED)的名字来源于其是传统透析的反向这一事实-不是使用电将海水脱盐，而是通过混合咸水和稍淡的水(一般是海水与淡水或咸淡水)产生能量。Djugolecki et al，J.of Mebrane Science，319(2008)214-222中讨论了对于RED来说最重要的膜性能。

在RED中使用两种类型的膜，即一个是选择性地渗透正离子的膜而另一个是选择性地渗透负离子的膜从两个这种膜之间的淡水分离出的咸水将失去流经膜并且进入淡水中的正离子和负离子。这种电荷分离产生了可以直接用作电能的电势差。得到的电压取决于以下因素，如堆叠在一起的膜的数量，穿过膜的离子浓度差，内部电阻和电极性能。流程图示意性地示出了淡水/咸淡水和咸海水穿过包含阴离子膜和阳离子膜的反向电渗析单元并且图1附上了钠离子和氯离子的流动。在图1中，F和S分别代表淡水/咸淡水和咸水的流动。A和C分别代表阳极和阴极。Cl⁺和Na⁺分别代表氯离子和钠离子穿过膜。

对于RED的所有潜在优势，商业上利用RED产生能量的主要阻碍是必需的阴离子膜和阳离子膜的高价格。至今膜的价格是最终高kWh价格的主要因素。Turek推断，使膜成本降低到实现海水/淡水RED能量产生商业化所必需的水平的预言不合理。因此，膜成本的降低代表了蓝色能量商业化实施的重要障碍。自从Turek的文章之后，化石燃料的价格显著增加。

美国专利第4,923,611号描述了为传统的(与反向相反)电渗析制造离子交换膜。方法很慢并且能量消耗大，在80℃条件下需要16小时以固化膜。同样，美国专利第4,587,269号和美国专利第5,203,982号中使用的方法在80℃条件下花费了17小时。

GB 860,405描述了通过例如电子束固化一段未指定的时间来制造选择性渗透膜的方法。

GB 1,163,686描述了异质离子交换膜的制备。固化很慢并且消耗显著的能量。

发明内容

本发明力图提供一种提供膜的性价比高的方法，所述膜特别用于RED和用于产生蓝色能量。

根据本发明的第一方面，提供了一种制备具有弱酸性基团或弱碱性基团的膜的方法，包括以下步骤：

(i)将可固化组合物涂在支撑件上；

(ii)使组合物固化小于30秒钟以形成膜；以及

(iii)从支撑件上选择性地移除膜；

其中可固化组合物包括具有至少两个丙烯酸基团的交联剂。

至今一般以缓慢的和能量消耗大的方法制造膜，通常具有许多步骤。本发明实现了以简单方法生产膜，所述简单方法可以连续运行很长一段时间从而相对便宜地批量生产膜。

膜优选是阴离子交换膜或阳离子交换膜。

膜的厚度(包括未被移走的支撑件)优选是小于200μm，更优选在10和150μm之间，最优选在20和100μm之间。

优选膜具有至少0.3meq/g(毫当量每克)的离子交换能力，更优选是至少0.5meq/g，尤其是大于1.0meq/g，以膜和任何多孔支撑件和任何与得到的膜保持接触的多孔强化材料的总干重为基础。如以下实例部分所描述的可以通过滴定法测量离子交换能力。

优选膜具有至少20meq/m²的电荷密度，优选是至少30meq/m²，尤其是至少40meq/m²，以干膜的面积为基础。可以通过上述测量离子交换能力的方法测量电荷密度。