一种单价选择性阴离子交换膜的制备方法技术

一种单价选择性阴离子交换膜的制备方法，包括：(1)先往料液室中加入NSBC和NaCl的混合溶液，浓室中加入NaCl溶液，并使Na

Method for preparing univalent selective anion exchange membrane

The invention relates to a method for preparing a univalent selective anion exchange membrane, comprising the following steps: (1) adding a mixed solution of NSBC and NaCl into the feed chamber first, adding NaCl solution into the concentrated chamber, and making Na

【技术实现步骤摘要】
一种单价选择性阴离子交换膜的制备方法
本专利技术涉及一种单价选择性阴离子交换膜的制备方法，特别是指一种采用电脉冲技术改性阴离子交换膜的制备方法。
技术介绍
电渗析技术是世界上处理污水、生产淡水的一种重要的方法，广泛应用于苦咸水的淡化和盐溶液的浓缩。其核心部分是使用的离子交换膜。离子交换膜最重要的特性是对离子的选择性透过作用。长久以来人们都在寻找提高对离子交换膜的选择透过性控制的方法。阴离子交换膜作为离子交换膜中重要的一个部分，近年对其提高对阴离子的选择透过性方面主要是通过在阴离子交换膜表面交联改性形成一层聚阴离子物质，从而提高阴离子交换膜的单价选择性。通过层层自组装方法，分别为在商品阴离子交换膜表面通过静电吸附作用形成多个改性层的新型离子交换膜已经被广泛报道。然而，上述沉积法所用时间过长，膜电阻过大，离子选择透过性及改性层的稳定性不高。也有文章报道利用交替电沉积方法，这虽能改性阴离子交换膜，但其只能测试在一种电流模式下的改性性能，在电沉积过程中，料液室内的带电聚合物与膜表面之间存在一定的极差电势，从而造成电流的利用效率降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单价选择性阴离子交换膜的制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种单价选择性阴离子交换膜的制备方法，所述制备方法在“四室三膜”膜改性装置中进行，所述“四室三膜”膜改性装置是由电极板A、阳离子交换膜A、待改性的阴离子交换膜、阳离子交换膜B、电极板B间隔排列构成电极室A、料液室、浓室和电极室B，其中待改性的阴离子交换膜的待改性面朝向料液室；所述的制备方法包括：(1)先往料液室中加入N-邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖(NSBC)和NaCl的混合溶液，其中N-邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖(NSBC)和NaCl的浓度分别为0.5～2g/L和0.1～1M，浓室中加入0.1～1MNaCl溶液，并通过电极液循环泵使0.1～1MNa2SO4溶液充满电极室A和电极室B，然后设置电脉冲参数，通电进行电脉冲沉积使N-邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖沉积到阴离子交换膜上；(2)沉积一定时间后，将料液室中溶液替换为2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)和NaCl的混合溶液，其中2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)和NaCl的浓度分别为0.5～2g/L和0.1～1M，并交换两侧电流方向，保持电脉冲参数不变继续进行电脉冲沉积，使2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖沉积到阴离子交换膜上；(3)重复步骤(1)和步骤(2)的操作，从而使N-邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖和2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖交替沉积到阴离子交换膜上，得到附着有多层NSBC/HACC的阴离子交换膜。本专利技术中，沉积改性过程需保持先脉冲沉积NSBC后沉积HACC，在阴离子交换膜上得到多个NSBC/HACC双层改性层。本专利技术优选NSBC/HACC双层改性层的层数为5-10个，更优选为8-10个。本专利技术中，所述的“四室三膜”膜改性装置的电极板与电化学工作站中的电极连接，所述的电化学工作站由计算机系统控制。所述的“四室三膜”膜改性装置中，电极板A、B可以是钌依电极板；阳离子交换膜A、B可以是任何商业化的膜；待改性的阴离子交换膜可选择均相的日本FUJIFILM商业阴离子交换膜。阴离子交换膜在电脉冲沉积前需进行预处理，可先用超纯水漂洗，再将洗净后的膜浸泡于0.1～1MNaCl溶液中8-48小时待用。本专利技术中，电脉冲参数为直流脉冲，共1～1000个周期，优选450个周期；每个周期1～10s，优选4s；膜面的脉冲电流最大值为0～18mA/cm2，优选最大值为7.5mA/cm2；膜面的脉冲电流最小值为0mA/cm2。本专利技术使用的N-邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖(NSBC)和2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)的结构式分别如式(I)和(II)所示：本专利技术的有益效果在于：所述单价选择性阴离子交换膜的制备方法，改性后的膜表面物质沉积均匀且单价离子选择性提高；电脉冲技术能减小在电沉积过程中带电聚合物与膜表面之间存在的极差电势，提高电流的利用效率和多层稳定性，降低沉积时间和投资成本。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术电脉冲沉积的系统流程示意图；其中1-计算机控制系统，2-电化学工作站，3-参比电极，4-工作电极，5-“四室三膜”膜改性装置，6-钌铱电极板，7-阳离子交换膜，8-阴离子交换膜；图2为本专利技术膜的选择渗透性测量示意图，其中9-改性层，10-阳极，11-阴极，12-机械搅拌棒；图3为本专利技术的单价选择性阴离子分离效果图，其中(a)为商业原膜；(b)为实施例1中所述的改性膜；(c)为实施例2中所述的改性膜；(d)为实施例3中所述的改性膜；图4为本专利技术的经过反向电流12h后的单价选择性阴离子分离效果图，其中(a)为商业原膜；(b)为实施例4中所述的改性膜；(c)为实施例5中所述的改性膜；(d)为实施例6中所述的改性膜。具体实施方式下面以具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此：本专利技术实施例使用的NSBC来自实验室合成(合成过程参考文献Y.Zhao,H.M.Liu,K.N.Tang,Y.L.Jin,J.F.Pan,B.V.Bruggen,J.N.Shen*,C.J.Gao.Mimickingthecellmembrane:bio-inspiredsimultaneousfunctionswithmonovalentanionselectivityandantifoulingpropertiesofanionexchangemembrane.ScientificReports,2016srep37285)；HACC购自山东东营天华生物助剂有限公司(类别HACC-103，取代度为98％)。待改性的阴离子交换膜采用均相的日本FUJIFILM商业阴离子交换膜(AEM-Type1)。阳离子交换膜A和B选用日本FUJIFILM商业阳离子交换膜(CEM-Type1)。电极板A和B采用钌依电极板。实施例1：单价选择性阴离子交换膜的制备方法本专利技术所述的单价选择性阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：设置电脉冲参数，电脉冲参数为采用恒电流技术，共450个周期，每个周期4s，周期分为上下两个部分，每个部分持续时间均为2s，间歇时间均为0.1s，脉冲参数设定上部分的膜面电流为7.5mA/cm2，下部分的膜面电流为0mA/cm2。先用超纯水漂洗原阴离子交换膜，再将洗净后的膜浸泡于0.5MNaCl溶液中24小时待用。电脉冲沉积的系统流程如图1所示，装好“四室三膜”膜改性装置，其中待改性的阴离子交换膜(8)垂直固定在设备中间，待改性面朝向料液室，阳离子交换膜(7)分别垂直固定在电极室和料液室以及电极室和浓室之间。浓室内加入0.5MNaCl溶液，料液室加入1g/LNSBC和0.5MNaCl的混合溶液，通过电极液循环泵使0.2MNa2SO4溶液充满两个电极室，并通上电流。启动电脑程序，30min后，将料液换为1.25g/LHACC和0.5MNaCl的混合溶液，交换电流方向，启动电脑程序。重复以上步骤，反复交替料液室溶液并交换两侧电流方向，每次的电脉冲参数保持不变。直至得到8.5个双层，记为(NSBC/HACC)8.5层。然后将所得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单价选择性阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法在“四室三膜”膜改性装置中进行，所述“四室三膜”膜改性装置是由电极板A、阳离子交换膜A、待改性的阴离子交换膜、阳离子交换膜B、电极板B间隔排列构成电极室A、料液室、浓室和电极室B，其中待改性的阴离子交换膜的待改性面朝向料液室；所述的制备方法包括：(1)先往料液室中加入N‑邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖(NSBC)和NaCl的混合溶液，其中N‑邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖(NSBC)和NaCl的浓度分别为0.5～2g/L和0.1～1M，浓室中加入0.1～1M NaCl溶液，并通过电极液循环泵使0.1～1M Na

【技术特征摘要】
1.一种单价选择性阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法在“四室三膜”膜改性装置中进行，所述“四室三膜”膜改性装置是由电极板A、阳离子交换膜A、待改性的阴离子交换膜、阳离子交换膜B、电极板B间隔排列构成电极室A、料液室、浓室和电极室B，其中待改性的阴离子交换膜的待改性面朝向料液室；所述的制备方法包括：(1)先往料液室中加入N-邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖(NSBC)和NaCl的混合溶液，其中N-邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖(NSBC)和NaCl的浓度分别为0.5～2g/L和0.1～1M，浓室中加入0.1～1MNaCl溶液，并通过电极液循环泵使0.1～1MNa2SO4溶液充满电极室A和电极室B，然后设置电脉冲参数，通电进行电脉冲沉积使N-邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖沉积到阴离子交换膜上；(2)沉积一定时间后，将料液室中溶液替换为2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)和NaCl的混合溶液，其中2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(HACC)和NaCl的浓度分别为0.5～2g/L和0.1～1M，并交换两侧电流方向，保持电脉冲参数不变继续进行电脉冲沉积，使2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖沉积到阴离子交换膜上；(3)重复步骤(1)和步骤(2)的操作，从而使N-邻苯磺酸钠苯甲基壳聚糖和2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖交替沉积到阴离子交换膜上，得到附着有多层NSBC/...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈江南，赵严，金雅丽，汤恺妮，郝亮，郑志豪，董祥，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33