聚酰亚胺膜的制备方法、双极膜电渗析装置与处理乳糖酸钠料液的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种聚酰亚胺膜的制备方法，包括：将聚酰亚胺基膜进行胺化，再将胺化后的聚酰亚胺基膜进行烷基化，得到聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺基膜由相转化法制备得到。本申请还提供了一种双极膜电渗析装置，所述双极膜电渗析装置的阴离子交换膜为上述所制备的聚酰亚胺膜。本申请还提供了一种利用上述双极膜电渗析装置处理乳糖酸钠料液的方法。本发明专利技术制备的聚酰亚胺膜具有优良的机械性能、耐热性、电学性能、稳定性，并具有多孔结构，用于双极膜电渗析过程，能够获得更高的渗透通量，从而获得较高的乳糖酸根离子的回收率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及阴离子交换膜
，尤其涉及聚酰亚胺膜的制备方法、双极膜电渗析装置与处理乳糖酸钠料液的方法。
技术介绍
乳糖酸是一种具有多种生物学功能的先进果酸，安全无毒，在医药、食品与保健等方面都有广泛的应用，例如作为食品的固化剂、抗生素载体以及器官移植防腐剂等。目前，乳糖酸主要的生产方法包括：化学合成法与生物转化法等；欧美国家目前主要采用化学合成法，该种方法生产条件要求苛刻，生产成本高且常伴有副产物的生成，生产工艺较为复杂；生物转化法是利用生物转化酶进行发酵，将糖类转化为乳糖酸，该过程中需要严格控制发酵液的pH，因此一般会使用大量的酸和碱，以调节pH值。以上生产方法，后续都将伴随繁琐的分离纯化过程，需要消耗大量的生化试剂，工艺过程较为繁琐并且成本较高，同时也会产生大量的废液。乳糖酸是一种分子量相对较大的有机酸(358.30g/mol)，期刊《desalination》2009年245卷626-630页报道了利用普通电渗析法回收废液中的乳糖酸的方法，该方法在外加电压15V的条件下，运行250min之后，乳糖酸根的回收率仅为38％。乳糖酸根的回收率如此低是由于乳糖酸根离子在电场的作用下，向阳极迁移，透过阴离子交换膜(简称阴膜)时的迁移阻力很大，进而导致生产效率降低，这一点非常不利于电渗析技术应用于工业领域进行规模化生产。图1为双极膜电渗析(BMED)装置的结构示意图，BMED装置由膜堆装置(1)、碱回收罐(2)、电极液罐(3)、酸回收罐(4)、料液罐(5)、第一蠕动泵(6)、第二蠕动泵(7)、第三蠕动泵(8)、第四蠕动泵(9)、直流电源(10)、阳极板(11)和阴极板(12)构成；图2为BMED膜堆装置(1)的示意图，膜堆装置(1)从阴极到阳极依次由阳离子交换膜(简称阳膜)(C-2)、阴膜(A)、双极膜(BP)、阳膜(C-1)以及有机玻璃隔板间隔排列构成，最后经由阴极板和阳极板固定；电极板(11、12)是分别将钛涂钌电极镶嵌到BMED前夹板和BMED后夹板上构成。由阳极板(11)与阳膜(C-1)之间形成阳极室，由阳膜(C-1)和双极膜之间形成碱回收室，由双极膜和阴膜(A)之间形成酸回收室，由阴膜(A)和阳膜(C-2)之间形成料液室，由阳膜(C-2)与阴极板之间形成阴极室；阳极板(11)和阴极板(12)分别通过导线与直流电源的正极和负极相连；阴极室和阳极室进行串联，因此，阴/阳极室、碱回收室、酸回收室和料液室构成四个循环回路。双极膜电渗析近年来发展快速，在直流电场的作用下，双极膜可以将复合层间的H2O解离成H+和OH-离子。由于上述特点，双极膜电渗析可以回收利用废水中的盐，将其转化为相应的酸和碱；还可以应用于生产有机酸，如柠檬酸、L-抗坏血酸、乙酸等，具有低能耗及操作简便的优点。不过在生产分子量较大的有机酸方面，双极膜电渗析还难以实现。这是因为目前商业离子膜的结构致密，分子量较大的酸根离子迁移过阴膜的阻力会很大，从而导致了生产效率很低的问题。因此，双极膜电渗析生产乳糖酸目前尚未实现。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种聚酰亚胺膜的制备方法，以及应用此膜通过双极膜电渗析生产乳糖酸的方法，本申请制备的聚酰亚胺膜用于双极膜电渗析，能够获得更高的渗透通量，从而获得较高的乳糖酸根离子的回收率。有鉴于此，本申请提供了一种聚酰亚胺膜的制备方法，包括以下步骤：将聚酰亚胺基膜进行胺化，再将胺化后的聚酰亚胺基膜进行烷基化，得到聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺基膜由相转化法制备得到。优选的，所述相转化法的过程具体为：将聚酰亚胺与溶剂混合，得到涂膜液；将所述涂膜液在基底上涂膜，再浸渍于异丙醇或水中，得到聚酰亚胺基膜。优选的，所述胺化的过程具体为：将所述聚酰亚胺基膜浸泡于由溶剂与多胺形成的混合溶液中，反应。优选的，所述溶剂为甲醇，所述多胺为丁二胺、乙二胺和三(2-氨乙基)胺中的一种或多种。优选的，所述多胺为乙二胺和丁二胺时，所述乙二胺、丁二胺和甲醇的体积比为1:(1～3)：(8～18)。优选的，所述烷基化的过程具体为：将胺化后的聚酰亚胺基膜浸泡于溴乙烷或碘甲烷的甲醇溶液中，反应。优选的，所述溴乙烷或碘甲烷的甲醇溶液的质量浓度为25％～35％。优选的，所述烷基化之后还包括：将烷基化后的聚酰亚胺基膜浸泡于酸液中，再水洗，然后浸入氯化钠溶液中，最后水洗。本申请还提供了一种双极膜电渗析装置，所述双极膜电渗析装置的阴离子交换膜为上述方案所述的制备方法所制备的聚酰亚胺膜。本申请还提供了一种利用上述方案所述的双极膜电渗析装置处理乳糖酸钠料液的方法，包括以下步骤：在料液罐中加入乳糖酸钠料液，在电极液罐中加入强电解质，在碱回收罐中加入碱液，在酸回收罐中加入酸液；开启第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵与第四蠕动泵，再开启直流电源，运行后得到乳糖酸与氢氧化钠。本申请提供了一种聚酰亚胺膜的制备方法，包括：将聚酰亚胺基膜进行胺化，再将胺化后的聚酰亚胺基膜进行烷基化，得到聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺基膜由相转化法制备得到。本申请制备的聚酰亚胺膜为多孔结构，且具有优良的机械性能、耐热性、电学性能与稳定性。本申请制备的聚酰亚胺膜作为双极膜电渗析装置的阴膜用于处理乳糖酸钠料液，由于聚酰亚胺膜具有多孔结构，使乳糖酸根离子更容易迁移通过膜，从而获得更高的通量，与一般的致密膜相比，经过同样的运行时间，乳糖酸根离子的回收率也更高，实现了乳糖酸的生产。附图说明图1是本专利技术双极膜电渗析(BMED)装置的示意图；图2是本专利技术BMED装置中膜堆装置(1)的结构示意图；图3是本专利技术实施例1-4中阴膜的红外光谱图；图4是本专利技术实施例1制备得到的阴膜的场发射扫描电镜图；图5是本专利技术实施例2制备得到的阴膜的场发射扫描电镜图；图6是本专利技术实施例3制备得到的阴膜的场发射扫描电镜图；图7是本专利技术实施例4制备得到的阴膜的场发射扫描电镜图；图8为本专利技术胺化反应的示意图；图9为本专利技术烷基化反应的示意图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种聚酰亚胺膜的制备方法，包括以下步骤：将聚酰亚胺基膜进行胺化，再将胺化后的聚酰亚胺基膜进行烷基化，得到聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺基膜由相转化法制备得到。本申请采用的聚酰亚胺材料具有良好的稳定性，赋予了聚酰亚胺膜优良的机械性能、耐热性、电学性能与化学稳定性；采用的相转化方法赋予了聚酰亚胺膜的多孔结构，最后的烷基化赋予了聚酰亚胺膜的荷电性能。本申请首先以相转化法制备聚酰亚胺基膜，再以聚酰亚胺基膜制备聚酰亚胺膜，所述相转化法具体为：将聚酰亚胺与溶剂混合，得到涂膜液；将所述涂膜液在基底上涂膜，再浸渍于异丙醇或水中，得到聚酰亚胺基膜。在上述制备聚酰亚胺基膜的过程中，所述溶剂为本领域技术人员熟知的溶剂，对此本申请没有特别的限制，具体的，所述溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺或N，N-二甲基甲酰胺。所述涂膜液的浓度优选为18wt％～25wt％，在实施例中，所述涂膜液的浓度更优选为20～23wt％。然后将所述涂膜液在基底上涂膜，所述基底为本领域技术人员熟知的基底，对此本申请没有特别的限制。将涂膜后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚酰亚胺膜的制备方法，包括以下步骤：将聚酰亚胺基膜进行胺化，再将胺化后的聚酰亚胺基膜进行烷基化，得到聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺基膜由相转化法制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种聚酰亚胺膜的制备方法，包括以下步骤：将聚酰亚胺基膜进行胺化，再将胺化后的聚酰亚胺基膜进行烷基化，得到聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺基膜由相转化法制备得到。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述相转化法的过程具体为：将聚酰亚胺与溶剂混合，得到涂膜液；将所述涂膜液在基底上涂膜，再浸渍于异丙醇或水中，得到聚酰亚胺基膜。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述胺化的过程具体为：将所述聚酰亚胺基膜浸泡于由溶剂与多胺形成的混合溶液中，反应。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为甲醇，所述多胺为丁二胺、乙二胺和三(2-氨乙基)胺中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多胺为乙二胺和丁二胺时，所述乙二胺、丁二胺和甲醇的体积比为1:(1～3)：(8～18)。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴翠明，张传洋，汪国胜，吴永会，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34