[发明专利]基于静电自组装的双极膜制备方法以及双极膜

说明书

本发明公开了一种基于静电自组装的双极膜制备方法以及双极膜，通过将磺酸型聚苯醚阳离子交换膜液均匀地流延在基体上并将基体放置在加热板上加热，直至磺酸型聚苯醚阳离子交换膜液中的部分磺酸基团发生交联，得到致密交联型阳离子交换膜层；在致密交联型阳离子交换膜层的两侧分别加入预先制备的氢氧化铁胶体溶液和去离子水，搅拌氢氧化铁胶体溶液以在致密交联型阳离子交换膜层上静电自组装得到金属氢氧化物胶体纳米颗粒；将金属氢氧化物胶体纳米颗粒作为中间层，并在致密交联型阳离子交换膜携带有金属氢氧化物胶体纳米颗粒的一面喷涂季胺型聚苯醚阴离子交换膜液，烘干季胺型聚苯醚阴离子交换膜液以得到双极膜。

技术领域

本发明涉及化学材料领域，尤其涉及一种基于静电自组装的双极膜制备方法以及基于静电自组装的双极膜。

背景技术

双极膜是一种特殊类型的离子交换膜，由具有相反极性固定电荷的聚合物薄膜组成，即由阴离子交换膜、阳离子交换膜及两膜层之间的中间层构成。在高电场的作用下，水分子在双极膜的中间层解离成氢离子与氢氧根离子，从而将原料液中的盐溶液变为对应的酸及碱。双极膜水解离技术清洁环保，所涉及过程均无有害气体产生，可应用与多种化工过程。如冶金工业、海水淡化、太阳能产氢等环境保护和资源回收领域。

然而，基于传统方法制备得到的常规双极膜在运行过程中会由于中间层催化剂泄露、膜层传质阻力高等因素，导致双极膜水解离电压升高、电渗析效率降低以及稳定性下降等问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种基于静电自组装的双极膜制备方法以及基于静电自组装的双极膜，旨在解决现有基于传统方法制备得到的常规双极膜在运行过程中容易导致双极膜水解离电压升高、电渗析效率降低以及稳定性下降的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种基于静电自组装的双极膜制备方法，所述基于静电自组装的双极膜制备方法，包括如下步骤：

将磺酸型聚苯醚阳离子交换膜液均匀地流延在基体上并将所述基体放置在加热板上加热，直至所述磺酸型聚苯醚阳离子交换膜液中的部分磺酸基团发生交联，得到致密交联型阳离子交换膜层；

在所述致密交联型阳离子交换膜层的两侧分别加入预先制备的氢氧化铁胶体溶液和去离子水，搅拌所述氢氧化铁胶体溶液以在所述致密交联型阳离子交换膜层上静电自组装得到金属氢氧化物胶体纳米颗粒；

将所述金属氢氧化物胶体纳米颗粒作为中间层，并在所述致密交联型阳离子交换膜携带有所述金属氢氧化物胶体纳米颗粒的一面喷涂季胺型聚苯醚阴离子交换膜液，烘干所述季胺型聚苯醚阴离子交换膜液以得到双极膜。

进一步地，所述磺酸型聚苯醚阳离子交换膜液的质量浓度为5％至10％，通过将磺酸型聚苯醚粉末与有机溶剂均匀混合得到。

进一步地，在将磺酸型聚苯醚阳离子交换膜液均匀地流延在基体上并将所述基体放置在加热板上加热的过程中，所述加热板的加热温度为50至80摄氏度、加热时长为12至60小时。

进一步地，在所述搅拌所述氢氧化铁胶体溶液以在所述致密交联型阳离子交换膜层上静电自组装得到金属氢氧化物胶体纳米颗粒过程中，搅拌所述氢氧化铁胶体溶液的时间为1至15小时。

进一步地，所述氢氧化铁胶体溶液的浓度为1至6毫克每毫升，通过将预设浓度的三氯化铁溶液加入沸水中并持续加热进行制备。

进一步地，所述预设浓度为0.5克每毫升，

所述将预设浓度的三氯化铁溶液加入沸水中并持续加热进行制备的步骤，包括：将预设浓度为0.5克每毫升的三氯化铁溶液逐滴加入到煮沸的去离子水中，并持续煮沸5至30分钟后自然冷却以制备得到所述氢氧化铁胶体溶液。

进一步地，所述季胺型聚苯醚阴离子交换膜液的质量浓度为3％至5％，通过将溴化度为20％至50％的溴化聚苯醚与胺类有机物进行季胺化反应制备得到。