[发明专利]一种疏水性耐酸高电导率阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种疏水性耐酸高电导率阴离子交换膜及其制备方法，该膜由疏水性聚合物、聚苯胺和添加剂通过热相转化法成膜，再经溶刻后制成半致密、疏水、高电导和耐酸的阴离子交换膜。该膜具有超高电导率，能抑制氢离子的渗漏，能在低电压下利用电渗析技术将含酸废水中的酸分离并富集回收到高浓度的酸产品。能解决现有电渗析用离子交换膜中存在的，酸产品浓度低、能耗高、寿命低等问题。

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种疏水性耐酸高电导率阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

含酸废水来源量大面广，具有巨大的分离富集回用潜力。H₂SO₄、H₃PO₄、HF、HNO₃ 、HCl等作为功能药剂，在湿法浸出、化学浴酸洗、化工生产、PCB蚀刻等过程中普遍使用，产生大量腐蚀性强，含有多种有毒有害金属的废酸。此外，在大气污染控制过程中也会有大量废酸产生，如SNOX工艺、WSA工艺、电化学液相氧化等方法脱除SO₂皆会产生大量H₂SO₄废液。若将这些含酸废水直接排放，不仅造成资源的大量浪费，还会带来严重的环境污染。

CN 102259954 A公开了一种废酸回收工艺及其配套装置，该工艺利用超滤膜气浮对含酸废水进行预处理后采用气浮渗析回收废酸。该工艺通过预处理能预先去除含酸废水中的油污及其他颗粒物，使渗析膜能够长期稳定运行；但该工业回收废酸的核心技术是渗析技术，虽然能有效分离废酸，但该技术依然存在回收率低和酸产品浓度低的问题。

CN 105399236 A公开了一种废酸回收设备，主要通过阴离子交换树脂对含酸废水中的废酸进行提纯回收，具有废酸处理量大、回收率高、占地小等优势；但其回收到的酸产品浓度较低。

酸产品的价值与其浓度有关，浓度越高，其附加值越大。因此，回收到高浓度的酸产品能提高处理技术的经济效益。电渗析技术能实现含酸废水的分离富集和资源化利用，具有经济高效回收高浓度酸产品的应用潜力。但对于电渗析技术而言，电渗析过程中氢离子的渗漏和离子交换膜在酸环境中的不稳定，致使分离富集到的酸浓度都比较低；当膜两侧酸浓度不同时，氢离子在浓度梯度的作用下，以水合氢离子的形式渗漏到低浓度一侧。增加离子交换膜的疏水性能抑制这部分渗漏的氢离子。另外，致密的膜结构也能减少氢离子在膜内部的扩散作用。但是，无论是致密的膜结构还是疏水性能，都会使离子交换膜的电阻增加。

因此，急需一种疏水、致密、高电导、耐酸的阴离子交换膜，使电渗析技术能够在净化污染物的同时，能够分离富集高浓度的酸产品，以填补含酸废水资源化处理的技术空缺。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种疏水性耐酸高电导率阴离子交换膜，该膜具有超高电导率，能抑制氢离子的渗漏，能在低电压下利用电渗析技术将含酸废水中的酸分离并富集回收到高浓度的酸产品。解决现有电渗析用离子交换膜中存在的，酸产品浓度低、能耗高、寿命低等问题。

本发明的阴离子交换膜由疏水性聚合物、聚苯胺和添加剂通过热相转化法成膜，再经溶刻后制成半致密、疏水、高电导和耐酸的阴离子交换膜。

本发明中所述的疏水性聚合物为：聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜中的一种。

所述的添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、n-丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯中的一种。

为实现上述目的，本发明的具体制备步骤如下：

（1）在20~70℃下将聚苯胺、添加剂和溶剂Ⅰ混合搅拌2h以上，得到聚苯胺分散液；将疏水性聚合物和溶剂Ⅱ混合搅拌2h以上，之后将聚苯胺分散液加入疏水性聚合物溶液中继续混合搅拌4h以上，得到铸膜液；其中按5种原料总质量的百分数计，聚苯胺、添加剂、溶剂Ⅰ、疏水性聚合物、溶剂Ⅱ的添加量分别为1%~4%、0.1%~0.2%、15%~25%、10%~15%和60%~70%；溶剂Ⅰ和溶剂Ⅱ使用的种类相同；