半均相阳离子交换膜的制备方法及其在苦咸水淡化的应用技术

本发明专利技术公开了半均相阳离子交换膜的制备方法，包括铸膜液配置，蒸发溶剂制膜，后处理，本发明专利技术还提供了根据上述制得的半均相阳离子交换膜的应用；本发明专利技术属于膜科学领域，具体是提供可应用于低浓度苦咸水淡化领域的半均相阳离子交换膜的制备方法，制备成本低且环保的半均相阳离子交换膜，降低低浓度苦咸水淡化的成本，制备的膜强度高、低浓度苦咸水脱盐性能良好且可长期稳定使用。良好且可长期稳定使用。良好且可长期稳定使用。

【技术实现步骤摘要】
半均相阳离子交换膜的制备方法及其在苦咸水淡化的应用


[0001]本专利技术属于离子交换膜
，半均相阳离子交换膜适用于中低浓度苦咸水淡化领域，具体是指半均相阳离子交换膜的制备方法及其在苦咸水淡化的应用。

技术介绍

[0002]苦咸水是由于水体矿化度高而无法直接利用或利用价值较低的劣质水资源，由于苦咸水资源数量较大，开发利用程度较低。因此，合理开发利用苦咸水水资源，成为缓解用水矛盾的有效途径之一。苦咸水淡化已经成为某些偏远地区获得淡水的唯一方式。降低苦咸水淡化成本，对于这些地区的生产生活有十分重要的意义。目前针对苦咸水主要有以反渗透、纳滤、电渗析为核心的脱盐工艺，其他还有蒸馏法、膜蒸馏法等。而反渗透和电渗析是目前淡化苦咸水的主要核心技术。降低工艺的能耗才能使工艺更具有竞争性。电渗析的核心为离子交换膜，离子交换膜的成本、性能和实用的稳定性直接决定电渗析淡化苦咸水工艺的成本。均相离子膜能耗低，但价格高，特别是国外的某些离子交换膜如Dupont的全氟磺酸膜、Astom的脱盐膜，价格较高，不适用于某些低成本领域的应用。异相离子交换膜相对均相离子交换膜价格低，但能耗相对较高。离子交换膜实现选择透过性的关键是带有选择性的功能基团，如阳离子交换膜最常见的功能基团为磺酸基团，阴离子交换膜最常见的基团为季铵基团。均相阳离子交换膜功能基团密度一般较高，但是接入功能基团的方式一般较为复杂，因而膜价格高；而异相离子交换膜一般需将树脂、粘结剂等材料混合经延压或模压成膜，粘结剂等混入材料是造成其能耗较高的原因之一。已有研究证明低功能密度基团的离子交换膜用于低浓度苦咸水淡化是可行的。对于苦咸水淡化，不需一味离子膜具有高功能密度基团。针对于低浓度苦咸水淡化(TDS<5000mg/L)，以简易的方式制备低密度功能基团的离子交换膜，对于以低成本缓解目前苦咸水淡化的难题，有非常重要的现实意义。

技术实现思路

[0003]针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本专利技术提供可应用于低浓度苦咸水淡化领域的半均相阳离子交换膜的制备方法，制备成本低且环保的半均相阳离子交换膜，降低低浓度苦咸水淡化的成本，制备的膜强度高、低浓度苦咸水脱盐性能良好且可长期稳定使用。
[0004]本专利技术采取的技术方案如下：本专利技术半均相阳离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：
[0005]步骤一：铸膜液配置
[0006]将至少一种基质材料在适宜溶剂中溶解，然后加入至少一种亲水剂，在一定温度下机械搅拌一段时间制得均匀溶液，然后加入树脂粉，形成溶液A；将于另一种溶剂中溶解的硅烷偶联剂溶液B与溶液A共混，在一定温度下继续搅拌一段时间形成共混铸膜液C，所述铸膜液中各组份的质量百分数为：聚合物基质材料3％～20％；亲水剂2％～30％；树脂粉1％～15％；硅烷偶联剂0.5～5％，溶剂50％～75％，各组分质量百分数之和为100％；
[0007]步骤二：蒸发溶剂制膜
[0008]将配置的铸膜液在25～95℃下超声处理一段时间充分脱泡后，直接将均相铸膜液趁热在光滑的平板上刮制，然后放入鼓风烘箱中，采用梯度升温的方法：40～70℃处理1～2h，80～100℃处理1～2h，100～150℃处理3～6h，膜取出后在空气中冷却到室温；
[0009]步骤三：后处理
[0010]将冷却的膜放入去离子水中，膜从光滑的平板上自动脱落经多次换水，保存待用。
[0011]进一步地，所述步骤一中，选用的聚合物基质材料为丙烯腈
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苯乙烯
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丁二烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯醚(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯(PP)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的至少一种；配制铸膜液所用的溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、三氯甲烷中的至少一种；亲水剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K60、PVP K90、PVP K120、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、乙二醇中的至少一种，树脂粉为研磨过的尺寸为200～600目的阳离子交换树脂粉，硅烷偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、有机硅偶联剂、肽螯合物中的至少一种。
[0012]本专利技术还提供了根据上述制备方法制得的半均相阳离子交换膜，所采用的技术方案为以聚合物作为阳离子交换膜基质材料，经亲水剂调节亲水性，树脂粉提供功能基团，硅烷偶联剂交联共混直接成膜，几种基质材料在适宜溶剂中溶解配制铸膜液，经超声脱泡、梯度升温、蒸发溶剂、冷却剥离的工艺而直接制得半均相阳离子交换膜。
[0013]本专利技术还提供了根据上述制得的半均相阳离子交换膜的应用，将半均相阳离子交换膜应用于低浓度苦咸水淡化领域。
[0014]进一步地，所述苦咸水淡化工艺初始盐溶液浓度为1000～5000mg/L。
[0015]本专利技术所述的半均相阳离子交换膜为平板膜，本专利技术的半均相阳离子交换膜由所述的一种半均相阳离子交换膜的制备方法及其在苦咸水淡化的应用而得且可应用于低中浓度苦咸水淡化。
[0016]采用上述结构本专利技术取得的有益效果如下：本方案半均相阳离子交换膜的制备方法及其在苦咸水淡化的应用，本方案采用的膜基质材料易得，功能材料处理工艺简单，制膜过程成熟且环保，易于工业化实施。总体上显著降低了阳离子膜的制备成本，将其应用于低中浓度苦咸水淡化，性能优于与高价格商品化离子交换膜基本持平，使电渗析应用于低中浓度苦咸水淡化具有重要的前景。
附图说明
[0017]图1是实施例1得到阳离子交换膜AFM图的实际图；
[0018]图2是实施例1得到阳离子交换膜AFM图的断面SEM图；
[0019]图3是实施例2得到阳离子交换膜AFM图的实际图；
[0020]图4是实施例2得到阳离子交换膜AFM图的断面SEM图
[0021]图5是实施例3得到阳离子交换膜AFM图的实际图；
[0022]图6是实施例3得到阳离子交换膜AFM图的断面SEM图
[0023]图7是实施例4得到阳离子交换膜AFM图的实际图；
[0024]图8是实施例4得到阳离子交换膜AFM图的断面SEM图
[0025]图9是实施例5得到阳离子交换膜AFM图的实际图；
[0026]图10是实施例5得到阳离子交换膜AFM图的断面SEM图
[0027]图11是实施例6得到阳离子交换膜AFM图的实际图；
[0028]图12是实施例6得到阳离子交换膜AFM图的断面SEM图
[0029]图13是实施例7得到阳离子交换膜AFM图的实际图；
[0030]图14是实施例7得到阳离子交换膜AFM图的断面SEM图
[0031]图15是实施例8得到阳离子交换膜AFM图的实际图；
[0032]图16是实施例8得到阳离子交换膜AFM图的断面SEM图
[0033]图17是实施例9得到阳离子交换膜AFM图的实际图；
[0034]图18是实施例9得到阳离子交换膜AFM图的断面SEM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.半均相阳离子交换膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：铸膜液配置将至少一种基质材料在适宜溶剂中溶解，然后加入至少一种亲水剂，在一定温度下机械搅拌一段时间制得均匀溶液，然后加入树脂粉，形成溶液A；将于另一种溶剂中溶解的硅烷偶联剂溶液B与溶液A共混，在一定温度下继续搅拌一段时间形成共混铸膜液C；步骤二：蒸发溶剂制膜将配置的铸膜液在25～95℃下超声处理一段时间充分脱泡后，直接将均相铸膜液趁热在光滑的平板上刮制，然后放入鼓风烘箱中，采用梯度升温的方法：40～70℃处理1～2h，80～100℃处理1～2h，100～150℃处理3～6h，膜取出后在空气中冷却到室温；步骤三：后处理将冷却的膜放入去离子水中，膜从光滑的平板上自动脱落经多次换水，保存待用。2.根据权利要求1所述的半均相阳离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤一种，铸膜液中各组份的质量百分数为：聚合物基质材料3％～20％；亲水剂2％～30％；树脂粉1％～15％；硅烷偶联剂0.5～5％，溶剂50％～75％，各组分质量百分数之和为100％。3.根据权利要求1所述的半均相阳离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，选用的聚合物基质材料为丙烯腈
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苯乙烯
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丁二烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建友，赵津礼，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：