[发明专利]一种具有一多价阳离子选择性分离功能的阳离子交换膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于离子交换膜技术领域，特别涉及的是一种具有一多价阳离子选择性分离功能的阳离子交换膜的制备方法。 

背景技术

随着离子交换膜的应用领域不断扩大，现实的需求对膜的选择性分离性能提出更高要求。特别是针对含有相同电荷不同价态离子的混合溶液的分离，例如，废水处理、湿法冶金、海水的综合应用等。 

目前关于一多价阳离子选择性分离膜的制备多集中于对商业离子交换膜的表面改性。Taylor & Francis期刊Desalination and Water Treatment(2013,51,2740-2748)介绍了一种通过浸泡法在阳离子交换膜的表面吸附一层荷正电的聚合物来制备单价阳离子选择性分离膜。对H⁺、Zn²⁺、Na⁺、Mg²⁺等体系分离的实验结果表明，改性膜对一多价阳离子选择性分离效果明显。然而通过这种方法制备的改性膜有一个致命的缺陷就是寿命短，长期使用时表面改性层容易脱落，分离性能下降。 

英国皇家化学会期刊Journal of Materials Chemistry(2010,20,3750-3757)报道了通过“重氮诱导的锚定过程”的方法在商业阳离子交换膜表面化学接枝上一层聚苯胺状改性层，并用于H⁺、Zn²⁺体系的分离，表现出不错的选择性分离效果。然而这种改性方法不适合于大面积制备，设备要求较高，成本高，而且改性层的厚度很难控制。 

综合相关资料可见，目前单价阳离子选择性分离膜的制备存在着制备过程可控性差，大规模产业化困难以及使用寿命短等问题。 

发明内容

为避免上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种制备方法简单、有大规模产业化前景、选择分离性能显著、使用寿命长的具有一多价阳离子选择性分离功能的阳离子交换膜的制备方法。 

本发明解决技术问题，采用如下技术方案： 

本发明公开了一种具有一多价阳离子选择性分离功能的阳离子交换膜的制备方法，其特点在于：以酸性聚合物及碱性单体为原料，使酸性聚合物的酸性离子交换基团部分或者完全“酸碱对”化，即得具有一多价阳离子选择性分离功能的阳离子交换膜。 

本发明具有一多价阳离子选择性分离功能的阳离子交换膜的制备方法，其特点在于：所述酸性聚合物为磺化聚苯醚；所述碱性单体为聚乙烯基咪唑。 

所述制备方法是按如下步骤进行： 

将0.5g磺化聚苯醚溶解在5ml二甲基甲酰胺中，再加入0.06-0.6g乙烯基咪唑，搅拌24h，然后再加入0.002-0.02g偶氮二异丁腈；于80℃下反应10h获得均匀膜液；将所述均匀膜液涂敷在玻璃板上于60℃下烘干6h，即得具有一多价阳离子选择性分离功能的阳离子交换膜。 

本发明依据酸性聚合物与碱性聚合物在一定条件下可形成“酸碱对”的原理，使酸性聚合物的酸性离子交换基团部分或者完全“酸碱对”化。“酸碱对”化离子交换基团仍可实现质子的传输，却不能传输金属离子，从而实现一多价阳离子的分离。 

所述磺化聚苯醚由含磺酸基的重复单元及不含磺酸基的重复单元组成，两种重复单元所占的比例分别为28%和72%，其结构式为: 

聚乙烯基咪唑由所加单体乙烯基咪唑在所述实验条件下自由基聚合而成，其结构式为： 

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在： 

（1）本发明利用酸性聚合物与碱性单体之间可形成“酸碱对”的作用，使得酸性离子交换基团部分或者完全“酸碱对”化，从而在膜内构筑了一个只能传输质子的通道，实现一多价阳离子的分离。 

（2）本发明完全不同于传统的通过表面改性技术来提高膜的一多价离子分离性能的方法，这样就避免了表面改性层在长期使用过程中脱落的问题，延长了膜的使用寿命，同时也避免了表面改性层很难精确控制的缺点，使得制备工艺大大简化，为工业化生产提供可能。附图说明 

图1为电渗析装置，其中，AEM为阴离子交换膜；CEM为阳离子交换膜； 

图2为不同“酸碱对”化程度膜的红外谱图； 

图3为“酸碱对”膜传输质子示意图。 

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例进一步详细说明本发明。 

实施例1