[发明专利]一种基于软模版法制备的多阳离子侧链型阴离子交换膜及其制备方法

说明书

一种基于软模版法制备的多阳离子侧链型阴离子交换膜及其制备方法，属于电渗析阴离子交换膜材料领域。首先对聚苯醚进行溴化制备出溴化聚苯醚，然后通过两步合成制备出三个季铵盐串联的多阳离子侧链，最后将多阳离子侧链与溴化聚苯醚通过门秀金反应制备出阴离子交换膜，引入含有两个磺酸跟的小分子通过静电作用力进行诱导作用最终通过溶液浇铸法制备出阴离子交换膜。制备而成的多阳离子侧链型阴离子交换膜能够应用于电渗析领域。本发明制备方法简单，制备得到的阴离子交换膜具有高离子交换容量，膜在低吸水高离子交换容量下能够保证高的固定离子基团浓度，提高阴离子交换膜的选择性；且连续宽广的离子通道提高了阴离子交换膜的离子通量。

技术领域

本发明属于电渗析阴离子交换膜材料领域，涉及一种基于软模版法制备的多阳离子侧链型阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着社会的快速发展和人口的迅速增长，资源稀缺和环境污染问题日益严重，这些问题迫使人们致力于研发有关资源回收和污染物处理的高效技术。相比于物理分离(蒸馏、精馏等)以及化学沉淀的分离技术，电渗析技术以其低能耗，低成本，高效分离，环境友好以及操作方便的固有优势在分离行业中占据一席之位。电渗析脱盐技术已成为海水淡化，回收金属离子，回收酸的主要选择。

作为电渗析设备的核心组件，阳离子交换膜由于其成熟的合成技术已经商业化，而阴离子交换膜在制备和改性上仍存在许多问题。因此制备出具有优异性能的阴离子交换膜是提高电渗析分离性能的重要一环。目前应用于电渗析中的阴离子交换膜仍具有选择性差，离子通量低的问题。近年来提高离子通量最常用的方法是构建良好的微观相分离结构，而膜的选择性可以通过提高固定离子基团浓度来得到改善。Li等人提出了含有双阳离子的侧链型阴离子交换膜来提高膜的选择性，当离子交换容量为1.69mmol/g时，选择性可达94.8％。Chen等人提出通过加入醋酸锌的软模版法来促进阳离子的聚集，构建微相分离结构。

发明内容

针对上述离子通量低和选择性差的问题，本发明提出一种软模版法诱导的阴离子交换膜应用于电渗析中，这种阴离子交换膜以碱性较强的季铵盐作为阳离子基团，具有优异化学稳定性和热稳定性的聚苯醚作为主链，该膜具有高的离子通量以及好的选择性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于软模版法制备的多阳离子侧链型阴离子交换膜的制备方法，该制备方法首先对聚苯醚进行溴化制备出溴化聚苯醚，然后通过两步合成制备出三个季铵盐串联的多阳离子侧链，最后将多阳离子侧链与溴化聚苯醚通过门秀金反应制备出阴离子交换膜，引入含有两个磺酸跟的小分子通过静电作用力进行诱导作用最终通过溶液浇铸法制备出阴离子交换膜。制备过程包括聚合物主链的溴化、侧链的合成、软模版法诱导、铸膜和离子交换。具体步骤如下：

(1)制备溴化聚苯醚

将聚苯醚溶于溶剂A中，加入N-溴代丁二酰亚胺和偶氮二异丁腈，在120～130℃下反应3～4小时。将反应物倒入沉淀剂中沉淀，真空干燥得到聚合物：溴化聚苯醚。所述聚苯醚和N-溴代丁二酰亚胺的摩尔比为1：0.3～0.4，N-溴代丁二酰亚胺和偶氮二异丁腈的摩尔比为10～15：1.通过控制N-溴代丁二酰亚胺的量来控制聚苯醚的溴化程度。

步骤(1)所述的溶剂A为氯代苯；

步骤(1)所述沉淀剂可以是甲醇或乙醇；

步骤(1)所述真空干燥的温度为40～100℃，时间为12～48小时。

(2)制备离子化试剂