[发明专利]复合膜

说明书

一种复合膜，其包括：a)包含第一多孔载体和存在于所述第一多孔载体的孔中的第一离子聚合物的第一层；b)包含第二多孔载体和存在于所述第二多孔载体的孔中的第二离子聚合物的第二层；c)包含第三多孔载体、第三离子聚合物和第四离子聚合物的第三层，其中所述第三离子聚合物存在于所述第三多孔载体的孔中；其中：(i)所述第一离子聚合物和所述第二离子聚合物中的一个是阳离子聚合物，而另一个是阴离子聚合物；(ii)所述第三层c)介于所述第一层a)和所述第二层b)之间；(iii)所述第三离子聚合物包括孔网络，并且所述第四离子聚合物存在于所述第三离子聚合物的孔内；并且(iv)所述第三离子聚合物和所述第四离子聚合物中的一个是阳离子聚合物，而另一个是阴离子聚合物。

本发明涉及复合膜及其制备和使用方法。离子交换膜用于电渗析、反向电渗析、电解、扩散渗析和许多其他过程。通常，离子通过膜的传输是在驱动力的影响下发生的，例如离子浓度梯度或者电势梯度。

离子交换膜通常根据其主要电荷分为阳离子交换膜或阴离子交换膜。阳离子交换膜包含允许阳离子通过但排斥阴离子的带负电荷的基团，而阴离子交换膜包含允许阴离子通过但排斥阳离子的带正电荷的基团。双极性离子交换膜同时具有阳离子层和阴离子层。

一些离子交换膜包含提供机械强度的多孔载体。由于存在区分带相反电荷的离子的带离子电荷的聚合物和提供机械强度的多孔载体，此类膜通常被称为“复合膜”。

例如，从US4,253,900中已知复合膜，该专利描述了一种包含离子交换树脂的单珠层的双极性膜。WO2017/205458和McClure在ECS Transactions,2015 69(18)35-44页中的文章描述了一种双极性膜，其包含互穿聚合物纳米纤维或阴离子交换聚合物和阳离子交换聚合物的微纤维的连接层。复合膜的其他实例描述于例如EP3604404，其中一个层包含离子交换树脂粉末；以及US4673454，其公开了离子交换树脂在界面层中的用途。希望提供具有改善性能的复合膜，例如高渗透选择性、低电阻、良好的机械强度、水性条件下的低溶胀性、极端pH下的稳定性。理想地，此类膜可以快速、高效和廉价地生产。

根据本发明的第一方面，提供了一种复合膜，其包括：

a)包含第一多孔载体和存在于所述第一多孔载体的孔中的第一离子聚合物的第一层；

b)包含第二多孔载体和存在于所述第二多孔载体的孔中的第二离子聚合物的第二层；

c)包含第三多孔载体、第三离子聚合物和第四离子聚合物的第三层，其中所述第三离子聚合物存在于所述第三多孔载体的孔中；

其中：

(i)所述第一离子聚合物和所述第二离子聚合物中的一个是阳离子聚合物，而另一个是阴离子聚合物；

(ii)所述第三层c)介于所述第一层a)和所述第二层b)之间；

(iii)所述第三离子聚合物包括孔网络，并且所述第四离子聚合物存在于所述第三离子聚合物的孔内；并且

(iv)所述第三离子聚合物和所述第四离子聚合物中的一个是阳离子聚合物，而另一个是阴离子聚合物。

在本说明书(包括其权利要求)中，动词“包括”及其变化形式以其非限制性意义使用，意指包括该词之后的项目，但是不排除未具体提及的项目。另外，不定冠词“一”或“一个”所指的要素不排除存在多于一个要素的可能性，除非上下文明确要求有且只有一个要素。因此，不定冠词“一”或“一个”通常表示“至少一个”。此外，在本说明书中，包含孔网络的第三离子聚合物通常缩写为“第三离子聚合物”。

优选地，多孔载体是非离子的。