一种具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜的制备方法和应用

本发明涉及一种具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜的制备方法和在电渗析浓缩酸中的应用。

背景技术：

1、在工业生产生活中，经常会产生大量的酸性废水，比如在冶金行业中，需要大量的酸来冲洗；在硝化棉生产过程中，会产生大量的含酸废液等等。当前最常规的处理办法是用石灰中和后排放，这种方法不仅造成了资源的严重浪费，同时也会引起环境的二次污染。如果采用电渗析技术对废酸进行回收并浓缩，将最大限度的节约资源，整个过程对环境友好，符合可持续发展的要求。

2、目前，基于电渗析技术的离子交换膜的研究已经越来越受到人们的关注，新型电渗析用于阴离子交换膜的研究也层出不穷。浓缩酸用于阴离子交换膜在废酸液回收处理领域有其处理效率高、资源节约、环境友好等突出优点。在此项应用中，要求阴离子交换膜在浓度梯度的作用下有更好的阻酸性能，同时具备优异的机械性能。用阴离子交换膜来酸浓缩的研究目前仍处于起步阶段，为了得到优异的浓缩酸性能，前人已经做出了很多努力，但仍存在浓缩效果差、膜耐酸性能差，和氢离子泄漏影响因素不明确等问题。

3、综上所述，为了解决传统的阴离子交换膜由于其离子团簇较大，导致阻酸性能差，无法达到更高的酸浓度的问题。我们开发了一种具有高交联度，良好的机械性能的同时具备良好的阻酸性能的阴离子交换膜。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有良好阻酸性能的交联型阴离子交换膜的制备方法和在电渗析浓缩酸中的应用，以保证阴离子交换膜具有更高的交联度和良好的阻酸性能，并提高膜的酸稳定性。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)称取一定质量聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)和n,n-二甲基乙酰胺于容器中，其中每克聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)需n,n-二甲基乙酰胺15～20ml，室温下充分搅拌，得到透明溶液a；

5、(2)量取一定体积的0.035～0.15mol/l的强碱醇溶液缓慢加入步骤(1)得到的溶液a中，得到溶液b，其中溶液a与0.035～0.15mol/l的强碱醇溶液的体积比为10:1～20:1，然后在室温下磁力搅拌1～2h，得到溶液c；

6、(3)将溶液c缓慢加入过量的去离子水中，得到纤维状固体，再用去离子水将上述固体洗涤至中性，在60～80℃下真空干燥24～48h得到固体d；

7、(4)按固体d、1-乙烯基咪唑、偶氮二异丁腈的质量比为1:0.2～0.5:0.01～0.02取样，溶于一定量的n-甲基吡咯烷酮中，得到溶液e；

8、(5)将溶液e在氮气气氛中加热至60～90℃，反应8～12h后，加入交联季铵化试剂，继续在室温下搅拌6～8h，将所得溶液铺于干净玻璃板上，于60～90℃真空干燥12～24h，即得到具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜；所述交联季铵化试剂为1,4二溴丁烷、ɑ,ɑ’-二溴对二甲苯或4,4’-二溴甲基联苯，所述交联季铵化试剂与溶液e中的固体d的质量比为0.2～1.1：2。

9、作为优选，所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

10、作为优选，所述的强碱醇溶液中的醇为异丙醇。

11、作为优选，所述的具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜的厚度控制在110～140μm之间。

12、本发明所述的室温优选温度在20～30℃之间。

13、本发明首先将聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)溶于有机溶剂中制成高分子溶液，强碱醇溶液可使聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)高分子溶液通过消去反应脱除氟化氢，产生具有活性位点的碳碳双键；在有引发剂的条件下，乙烯基咪唑与强碱改性后的聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)中活性位点发生接枝反应，通过添加不同刚性的交联剂得到高交联度具有阻酸性能的阴离子交换膜。

14、第二方面，本发明提供了所述具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜在电渗析浓缩酸中的应用。

15、本发明制备得到的具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜在使用前，需将膜用酸水溶液浸泡一定时间，比如在稀硫酸溶液中充分浸泡(如浸泡12小时)，以增强其质子交换能力。

16、本发明与现有材料和技术相比具有如下的优点：

17、1)本发明所提出的制备方法制成的交联型阴离子交换膜具有良好的阻酸性能，在电渗析浓缩酸中表现优异。

18、2)利用本发明所制备的阴离子交换膜，耐酸性能好。经过长时间强酸浸泡，质量损失率低。

19、3)利用本发明所提出的制备方法制成交联型阴离子交换膜具有良好的机械性能，在使用过程中膜的机械性质更加稳定。

20、4)本发明制备的阴离子交换膜制备工艺简单，合成步骤简单，易于产业化。

技术特征：

1.一种具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的强碱醇溶液中的醇为异丙醇。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的室温的温度在20～30℃之间。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜的厚度控制在110～140μm之间。

6.根据权利要求1所述制备方法制得的具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜在电渗析浓缩酸中的应用。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于：所述具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜在使用前，用酸水溶液浸泡。

技术总结
本发明公开了一种具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜的制备方法和应用。本发明提供了所述具有阻酸性能的交联型阴离子交换膜在电渗析浓缩酸中的应用。本发明能保证阴离子交换膜具有更高的交联度和良好的阻酸性能，并提高膜的酸稳定性。

技术研发人员：沈江南,徐格婷,蒋雅贞,余帅军,王炳辉
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13