[发明专利]一种改性壳聚糖/磺化聚醚砜阳离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性磺化聚醚砜阳离子交换膜及其制备方法，所述改性聚醚砜阳离子交换膜主要是以磺化聚醚砜作为膜基质，以邻苯二甲酰化壳聚糖或马来酰化壳聚糖作为添加物质制成。本发明的有益效果为：改性后提高阳离子交换膜的孔隙率，结合磺化聚醚砜膜基质提供机械强度、稳定性和良好的亲水性，大大提高膜性能，能在电渗析离子交换膜领域内得到良好的应用。

技术领域

本发明公开了一种改性壳聚糖/磺化聚醚砜阳离子交换膜及其制备方法，属于阳离子交换膜技术领域。

背景技术

磺化聚醚砜是制备阳离子交换膜的一种常用膜基质，其具有良好的成膜能力、热力学及机械性能和化学耐受性，通过磺化剂将聚醚砜亲水改性制备。理论上讲，磺化度是影响膜性能的重要因素，磺化度越高可交换离子越多，然而磺化度高时，膜材料容易吸水溶胀，导致高的渗透性和差的机械稳定性。此外，现有的离子交换膜大多具有较为致密的膜结构，这在一定程度上限制了离子的传输能力，会产生膜面电阻大等问题。

壳聚糖是一种含氮的多糖类，具有良好的生物相容性、无毒性和生物可降解性等优点，是膜技术领域中非常有用的聚合物，可用于超滤和反渗透等分离技术。然而,壳聚糖的亲水性较小，影响膜性能，如机械强度。同时壳聚糖本身特殊的结构，使得其不易溶于一般的有机溶剂，很难将其溶解在铸膜液中。为了更好地复合壳聚糖和聚醚砜两种物质，可采用化学改性改性壳聚糖，制备具有高亲水性、低膜面电阻、良好离子交换能力和生物相容性的复合膜。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改性壳聚糖/磺化聚醚砜阳离子交换膜及其制备方法，通过对壳聚糖进行改性，解决了壳聚糖与聚醚砜难以直接复合的问题；以邻苯二甲酸酐或马来酸酐改性的壳聚糖作为阳离子交换膜添加剂，解决了现有离子交换膜限制离子传输，膜面电阻大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种改性壳聚糖/磺化聚醚砜阳离子交换膜，其以磺化聚醚砜为膜基质，邻苯二甲酰化壳聚糖或马来酰化壳聚糖为添加物质，通过溶剂蒸发法制备而成。

本发明还提供了所述改性壳聚糖/磺化聚醚砜阳离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)聚醚砜磺化：将聚醚砜溶于有机溶剂A中，N₂保护下加入磺化剂反应，倒入大量冰水中，过滤、洗涤、干燥得到磺化聚醚砜；

(2)铸膜液配制：将邻苯二甲酰化壳聚糖或马来酰化壳聚糖和磺化聚醚砜溶于有机溶剂B中，一定温度下搅拌反应，减压过滤，静置一段时间进行脱泡处理，获得铸膜液。

(3)成膜：将铸膜液倒在洁净的玻璃板上涂膜，烘干，去离子水浸泡，脱离即得。

优选，有机溶剂A为二氯甲烷、三氯甲烷的一种或两种，所述有机溶剂B为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N甲基吡咯烷酮的一种或多种。

优选，所述步骤(1)中，磺化剂为浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸的一种或多种，以重量比计，聚醚砜：有机溶剂A：磺化剂＝(3-5)：(50-55)：(10-25)，洗涤采用的洗涤剂为甲醇、乙醇、乙醚一种或多种。

优选，所述步骤(2)中，以重量比计，邻苯二甲酰化壳聚糖：磺化聚醚砜：有机溶剂B＝(0.5-2)：(7-10)：(85-95)，反应温度为50-80℃；以重量比计，马来酰化壳聚糖：磺化聚醚砜：有机溶剂B＝(0.5-2)：(7-10)：(85-95)，反应温度为40-80℃。

优选，邻苯二甲酰化壳聚糖制备：将邻苯二甲酸酐溶于有机溶剂B中，加入壳聚糖，在一定温度下N₂气氛中搅拌反应，后倒入大量冰水中，过滤、洗涤、干燥得到邻苯二甲酰化壳聚糖。其中，以重量比计，壳聚糖：邻苯二甲酸酐：有机溶剂B＝(0.5-1.5)：(3-5)：(15-20)，反应温度范围为100-130℃，洗涤采用的洗涤剂为甲醇、乙醇、乙醚一种或多种。