[发明专利]一种利用碱性阴膜液和酸性阳膜液制备两性离子膜的方法

说明书

本发明属于膜技术领域，公开了一种利用碱性阴膜液和酸性阳膜液制备两性离子膜的方法。酸性阳膜液来自于聚乙烯醇(PVA)和含‑COOH基团的多硅共聚物或含‑SO3H基团的酸型磺化聚苯醚；碱性阴膜液来自于PVA、含‑N+(CH3)3OH‑基团的碱性铵化聚苯醚和小分子烷氧基硅烷交联剂。经过预溶胶‑凝胶反应后，酸性阳膜液和碱性阴膜液进行共混，使得酸性基团(‑COOH或‑SO₃H)和碱性基团(‑N⁺(CH₃)₃OH^‑)相互结合形成离子对，通过离子键结合在一起得到自组装结构。因此，本发明两性离子膜具有紧密结合的离子对结构，可提高膜的稳定性和分离性能。

技术领域

本发明属于膜制备技术领域，涉及一种利用碱性阴膜液和酸性阳膜液制备两性离子膜的方法，具体为通过碱性基团和酸性基团的离子键作用形成两性离子膜。

背景技术

两性离子膜内兼含阳离子交换基团和阴离子交换基团，阳离子交换基团一般为-SO^3-Na⁺和-COOH，阴离子交换基团一般为-N⁺R₃X^-(X代表卤素)。除-COOH基团外，其余基团不具有明显的酸碱性。因此，在常规的两性离子膜内，基团之间只存在氢键和静电吸引等弱作用力，缺乏强的离子键作用力，使得膜内离子交换基团之间难以形成自组装结构，离子交换基团在膜内很大程度上呈现随机分布状态。

中国专利申请号200710021240X公布了一种有机-无机杂化两性离子对膜材料的制备方法，先对前驱体进行胺化反应使其含有一种阴离子交换基团，然后再进行磺化或氧化反应使其含有一种阳离子交换基团，即得到同时含有阴、阳离子交换基团的两性离子对膜。膜内离子交换基团排列在分子主链上或主链两侧，膜的柔软性较好，但由于采用小分子反应成膜，膜的强度和均一性不足，膜内阴、阳离子交换基团不含明显酸碱性，基团之间无强的离子键作用力。

中国专利申请号2013101938772公布了一种季铵化两性离子膜的制备方法，先利用二元单体溶液对商业膜进行辐照接枝，引入磺酸基团和季铵化基团，再将膜浸泡盐酸溶液，产生-SO₃H和-N⁺R₃Cl^-基团。膜制备过程步骤简单，但辐照接枝需要特定的设备和环境，基团之间并无强的离子键作用力。

《有害材料杂志》(JournalofHazardousMaterials，173，2010，438–444)报道了利用含有双酸酐基团的小分子与含有-NH-基团的小分子硅烷进行化学反应，得到兼含-COOH和-N⁺R₃Br^-基团的两性离子膜。该方法制备的材料可应用于吸附Pb²⁺离子，但由于制备过程中一直采用小分子进行化学反应，-NH-、酸酐和溴乙烷的活性低，反应程度不高，使得产物缺乏柔韧性和成膜能力，只能形成脆性的不规则状材料。

《有害材料杂志》(JournalofHazardousMaterials，261，2013，114–122)报道了利用两种膜液，一种膜液内含有-SO₃Na基团，一种膜液内含有N⁺R₃Cl^-基团，两种膜液共混后形成复合膜。两种基团在膜内很大程度上呈无规则分布，基团之间难以形成离子对形式，难以形成自组装结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用碱性阴膜液和酸性阳膜液制备两性离子膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：