离子导电隔板及其制备方法及倒极电渗析装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于倒极电渗析装置的离子导电隔板，其包括塑料网及涂覆于该塑料网上的聚合物涂层。该聚合物涂层含有带电荷基团，并且，该聚合物涂层的形态具有相互连通的离子簇，相互连通的离子簇使得离子通过塑料网的表面进行宏观连续的传输。本发明专利技术还公开了使用上述离子导电隔板的倒极电渗析装置以及用于制备上述离子导电隔板的方法。

Ionic conductive separator and preparation method and inverted pole electrodialysis device

The invention discloses an ion conductive partition board applied to the reverse pole electrodialysis device, which comprises a plastic net and a polymer coating coated on the plastic network. The polymer coating contains a charge group, and the morphology of the polymer coating has interconnected ion clusters, and the interconnected ion clusters make the ion transmission through the surface of the plastic mesh. The invention also discloses a reverse pole electrodialysis device using the ion conductive separator and a method for preparing the ionic conductive partition board.

【技术实现步骤摘要】
离子导电隔板及其制备方法及倒极电渗析装置
本专利技术大体涉及膜隔板的领域，尤其涉及一种应用于倒极电渗析(ElectroDialysisReversal，EDR)装置的离子导电隔板、用于制备该离子导电隔板的方法以及使用该离子导电隔板的倒极电渗析装置。
技术介绍
离子导电隔板是一种功能化的膜隔板，其常常被使用于电化学脱盐产品如电渗析、倒极电渗析和反渗透的液体分离设备中。通常，需要通过涂覆法才能将特定的材料附着到膜隔板上。离子导电隔板能够有助于降低电阻，因此提高脱盐率。然而，离子导电隔板在其5-10年的使用期限内，会遭受到如酸性/腐蚀性/氧化性的化学物质和物理清洗等苛刻的环境。因此，离子导电隔板将需要高性能的涂覆材料，该高性能的涂覆材料不会随时间分解，且不会从隔板的塑料网上剥离。通常，该涂覆材料需要具有如提升导电性和电阻降低的特殊功能。因此，该涂覆材料会在离子导电隔板的性能提升中起到重要作用。此外，离子导电隔板的基底通常是由如聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)的塑料网制成。由于这种类型的塑料网为非极性且致密，并具有平滑表面和大的敞开网格(一般尺寸为2×2毫米(mm))，因此，施加稳定而均匀的涂层到塑料网上而不堵塞网格是个很大的挑战。同时，该塑料网在高温涂覆干燥的工艺中易于变形。因此，塑料网的涂覆工艺对于制造离子导电隔板极具挑战性且至关重要。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于提供一种应用于倒极电渗析装置的离子导电隔板。所述离子导电隔板包括塑料网及涂覆于所述塑料网上的聚合物涂层。所述聚合物涂层含有带电荷基团，并且，所述聚合物涂层的形态具有相互连通的离子簇，所述相互连通的离子簇使得离子通过所述塑料网的表面进行宏观连续的传输。本专利技术的另一个方面在于提供一种倒极电渗析装置。所述倒极电渗析装置包括第一电极和第二电极、如上所述的并位于所述第一电极和所述第二电极之间的多个离子导电隔板、以及至少一个阴离子交换膜和至少一个阳离子交换膜。所述至少一个阴离子交换膜和所述至少一个阳离子交换膜交替地插入在每相邻的两个离子导电隔板之间。本专利技术的又一个方面在于提供一种用于制备倒极电渗析装置中的离子导电隔板的方法。所述方法包括：将含有带电荷基团的聚合物溶解在溶剂中以制备出聚合物溶液；将所述聚合物溶液涂覆于塑料网上以形成涂覆后的网；及对所述涂覆后的网进行干燥，从而去除所述溶剂，并且，在所述塑料网上形成聚合物涂层。由此产生的所述聚合物涂层的形态具有相互连通的离子簇，所述相互连通的离子簇使得离子通过所述塑料网的表面进行宏观连续的传输。本专利技术的再一个方面在于提供一种用于制备离子导电隔板的方法。所述方法包括：将含有带电荷基团的聚合物溶解在溶剂中以制备出聚合物溶液；将所述聚合物溶液涂覆于塑料网上以形成涂覆后的网；及通过微波干燥所述涂覆后的网，从而去除所述溶剂。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：图1是倒极电渗析装置的示意性结构图；图2是未涂覆的塑料网的部分示意图；图3是图2的未涂覆的塑料网的一股的剖面图；图4是根据本专利技术的一个具体实施方式的涂覆后的塑料网的部分示意图；图5是图4的涂覆后的塑料网的一股的剖面图；图6是EDR装置的脱盐过程；图7是使用PVA+IX涂覆后的PP隔板和使用PP隔板的EDR装置的电流密度的对比图；图8是具有不同的离子交换容量的Kraton涂覆后的PP隔板的电阻降低的图示。图9是使用Kraton涂覆后的PP隔板和使用PP隔板的EDR装置的电流密度的对比图；图10是使用Kraton涂覆后的PP隔板和使用PP隔板的EDR装置的脱盐率的对比图；图11是使用Nafion涂覆后的PP隔板和使用PP隔板的EDR装置的电流密度的对比图；图12是使用Nafion涂覆后的PP隔板和使用PP隔板的EDR装置的脱盐率的对比图；图13是具有不同磺化度的SPSU涂覆后的PP隔板的电阻降低的图示。图14是使用SPSU50涂覆后的PP隔板和使用PP隔板的EDR装置的电流密度的对比图；图15是使用SPSU50涂覆后的PP隔板和使用PP隔板的EDR装置的脱盐率的对比图；图16是不具有导电性的隔板的EDR三级系统的脱盐效率的示意图；图17是具有根据本专利技术的一个具体实施方式的离子导电隔板的EDR二级系统的脱盐效率的示意图；图18是根据本专利技术的第一具体实施方式的用于制备应用于EDR装置的离子导电隔板的示意性方法的流程图；图19是根据本专利技术的第二具体实施方式的用于制备应用于EDR装置的离子导电隔板的示意性方法的流程图；及图20是微波被使用于溶剂去除的证明。具体实施方式为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本专利技术所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本专利技术的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本专利技术的披露。除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“约”、“左右”、“本质上”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。在本文中所使用的范围可以表示为从约一个特定值和/或到约另一个特定值。范围里的每一个端点很明显既与另一个端点相关又独立于另一个端点。图1示出一种倒极电渗析(ElectroDialysisReversal，EDR)装置100的示意性结构图。如图1所示，EDR装置100可以包括第一电极11和第二电极12、位于第一电极11和第二电极12之间的多个离子导电隔板、以及至少一个阴离子交换膜31和至少一个阳离子交换膜32。至少一个阴离子交换膜31和至少一个阳离子交换膜32交替地插入在每相邻的两个离子导电隔板之间。例如，离子导电隔板的数量在图1中被示出为三个，即离子导电隔板21、22和23。阴离子交换膜31插入在离子导电隔板21和22之间。阳离子交换膜32插入在离子导电隔板22和23之间。阴离子交换膜31、离子导电隔板22、阳离子交换膜32和离子导电隔板23可以构成在图1中所示出的一个单元对101。然而，实际上，EDR装置100可以根据需求包括多个单元对101。在第一电极11和阴离子交换膜31之间形成第一极室102。在第二电极12和阳离子交换膜32之间形成第二极室103。在每一个阴离子交换膜31和每一个阳离子交换膜32之间形成一个膜室104。EDR装置100可以包括多个膜室104，并且，多个膜室104包括淡室和浓室。EDR装置100还可以包括用于覆盖第一电极11的第一塑料端板41和用于覆盖第二电极12的第二塑料端板42。本专利技术可以提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于倒极电渗析装置的离子导电隔板，其特征在于，其包括：塑料网；及涂覆于所述塑料网上的聚合物涂层，所述聚合物涂层含有带电荷基团，并且，所述聚合物涂层的形态具有相互连通的离子簇，所述相互连通的离子簇使得离子通过所述塑料网的表面进行宏观连续的传输。

【技术特征摘要】
1.一种应用于倒极电渗析装置的离子导电隔板，其特征在于，其包括：塑料网；及涂覆于所述塑料网上的聚合物涂层，所述聚合物涂层含有带电荷基团，并且，所述聚合物涂层的形态具有相互连通的离子簇，所述相互连通的离子簇使得离子通过所述塑料网的表面进行宏观连续的传输。2.根据权利要求1所述的离子导电隔板，其中，所述聚合物涂层包括磺化嵌段共聚物。3.根据权利要求2所述的离子导电隔板，其中，所述磺化嵌段共聚物包括磺化聚(苯乙烯-b-乙烯-r-丁烯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物、聚苯乙烯聚(苯乙烯-b-异丁烯-b-苯乙烯)、聚((双环戊二烯乙基苯乙烯-s-苯乙烯)-b-(n-丙基-p-苯乙烯磺酸盐))、或者聚(t-丁基苯乙烯-b-氢化异戊二烯-b-磺化苯乙烯-b-氢化异戊二烯-b-t-丁基苯乙烯)。4.根据权利要求1所述的离子导电隔板，其中，所述聚合物涂层包括在侧链上具有磺酸基的氟化聚合物。5.根据权利要求4所述的离子导电隔板，其中，所述氟化聚合物包括四氟乙烯和带有磺酰氟酸的氟烷基乙烯基醚的共聚物、或者α,β,β-三氟苯乙烯的磺化聚合物。6.根据权利要求1所述的离子导电隔板，其中，所述聚合物涂层包括磺化芳香族聚合物。7.根据权利要求6所述的离子导电隔板，其中，所述磺化芳香族聚合物中磺酸基的量在1.5-2.3毫当量/克的范围内。8.根据权利要求6所述的离子导电隔板，其中，所述磺化芳香族聚合物包括从一组合中选取的芳香族聚合物，所述组合由磺化聚苯乙烯、磺化聚砜、磺化聚醚砜、磺化聚苯砜、磺化2,6-二甲基聚苯醚、磺化聚醚酮、磺化聚醚醚酮、磺化聚酰亚胺、磺化...

【专利技术属性】
技术研发人员：路微，董红晨，夏激扬，郑永昌，吕苏，拉塞尔·麦克唐纳，约翰·巴伯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US