一种等离子体接枝改性离子交换膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种等离子体接枝改性离子交换膜的方法，采用低温等离子体放电技术，在离子交换膜表面接枝聚合两性有机物单体，并同时引入酸性活性基团和碱性活性基团，制备出具有高选择透过性、低电阻的离子交换膜。本发明专利技术工艺简单、操作简便，装置占地面积小，易于自动化控制，不产生废气、废液，制得的离子交换膜热稳定性好、物化性能优良，离子选择透过性高，适用于湿法冶金工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体接枝改性离子交换膜的方法
本专利技术提供一种新型离子交换膜改性方法，是一种将等离子体技术与膜表面涂覆技术相结合的新工艺技术，属于高分子功能膜领域。
技术介绍
离子交换膜是一种对于对离子类物质具有独特的分离作用的高分子材料薄膜。它在压力差、浓度差、电位差等推动力作用下，能将被处理液中的某些特定物质，如有机分子、无机离子、重金属等进行分离。根据离子交换膜成膜后引入的交换基团的类型不同区分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两大类。阳离子交换膜由于引入酸性基团，在水溶液中可离解出阳离子，使膜表面带有负电荷，从而在电场力的作用下可使阳膜面向正极一侧溶液中的阳离子透过阳膜，迁移到阳膜面向负极一侧的溶液中，而阴离子则无法透过膜。反之阴膜也同样具有允许阴离子迁移透过膜，而阻挡阳离子透过的能力。这种能力称之为离子交换膜的选择透过性能，正是由于离子交换膜的这种性能，才使其具有广泛的应用价值。对于水溶液中的离子类物质可以在电场力的推动下利用膜的选择透过性达到分离、浓缩、富集、淡化等处理功能。由于目前国内外商品离子交换膜选择透过性仅为88%～96%左右，在分离过程中仍有部分反电荷离子同时透过膜。因而很多使用场合受选择透过性的限制而难以取得理想的使用效果，甚至在某些特定的场合会因为要求选择性很高而无法采用离子交换膜系统作为分离手段。对于离子交换膜的选择透过性国内外进行过不少的研究，其机理的解释早期以顿南平衡理论为主，但20年前开始的一些研究表明顿南平衡用于解释离子膜的选择透过性存在明显的缺陷。而王三反等人提出的膜电位排斥理论更能准确的解释在电场作用下膜的选择透过性，同时也提供了一条提高膜选择透过性可行的改性途径。本专利技术根据离子交换选择透过性的作用机理，尝试结合等离子体改性技术和表面涂覆改性技术，在现有商品膜上先涂覆一层两性聚合物，然后利用等离子体辉光放电，将涂覆的两性聚合物单体接枝在膜表面，以改善膜的选择透过性及表面导电性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于制备出具有高选择透过性的离子交换膜，拓展膜分离技术应用范围，改进现有膜应用生产工艺中耗能大、污染高，分离不彻底的问题。具体的技术方案如下：一种等离子体接枝改性离子交换膜的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将离子交换膜浸泡于氯化钠溶液4h，然后用去离子水冲洗干净，并置于鼓风烘箱中除去水分，干燥好的离子交换膜浸泡于二苯甲酮溶液10~15min，自然晾干；（2）将步骤1预处理后的离子交换膜置于两性有机物单体溶液中浸泡5~10min，去除膜表面多余的溶液，然后将离子交换膜放入等离子体发生器中，通入惰性气体或抽真空，在一定辐照强度下照射7~10min，在离子交换膜表面接枝聚合两性有机物单体，引入双活性基团；（3）将改性后的离子交换膜保存于稀盐酸溶液中。所述的两性有机物单体为苯磺酸甜菜碱、苯磷酸甜菜碱、十二烷基磺丙基甜菜碱、十四烷基磺基甜菜碱、十八烷基磺基甜菜碱一种或多种混合。所述的离子交换膜为苯乙烯类离子交换膜、乙烯类离子交换膜、含氟离子交换膜。所述的两性有机物单体浓度为10g/L~60g/L。所述的等离子体辐照强度为0.7~1W/cm2。所述的惰性气体为氮气、氩气一种或两种混合。本专利技术具备的优点：该方法改性步骤简单，工艺操作简便，易于实现自动化；等离子体轰击较为温和，不损伤聚合物基体；改性效果稳固可靠，使用寿命长；不产生污染环境的废气、废液；改性成本较低，适合大规模应用。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：将聚苯乙烯离子交换膜浸泡于氯化钠溶液4h，然后用去离子水冲洗干净，并置于鼓风烘箱中除去水分；干燥好的离子交换膜浸泡于二苯甲酮溶液10min，自然晾干；将预处理的膜置于60g/L苯磺酸甜菜碱溶液中浸泡5min，去除膜表面多余的溶液；然后将离子交换膜放入等离子体发生器中，通入氩气，辐照强度为0.7W/cm2，照射时间为8min；将改性后的离子交换膜保存于1%稀盐酸溶液中。经膜性能测试，改性后的离子选择透过率由原来的92.2%提高到98.3%，膜电阻由原来的13.4Ω•cm2下降到6.2Ω•cm2。实施例2：将聚四氟乙烯离子交换膜浸泡于氯化钠溶液4h，然后用去离子水冲洗干净，并置于鼓风烘箱中除去水分；干燥好的离子交换膜浸泡于二苯甲酮溶液10min，自然晾干；将预处理的膜置于40g/L苯磺酸甜菜碱溶液中浸泡8min，去除膜表面多余的溶液；然后将离子交换膜放入等离子体发生器中，通入氩气，辐照强度为1W/cm2，照射时间为8min；将改性后的离子交换膜保存于1%稀盐酸溶液中。经膜性能测试，改性后的离子选择透过率由原来的95.2%提高到99.8%，膜电阻由原来的8.3Ω•cm2下降到6.5Ω•cm2。实施例3：将聚乙烯离子交换膜浸泡于氯化钠溶液4h，然后用去离子水冲洗干净，并置于鼓风烘箱中除去水分；干燥好的离子交换膜浸泡于二苯甲酮溶液10min，自然晾干；将预处理的膜置于50g/L苯磺酸甜菜碱溶液中浸泡7min，去除膜表面多余的溶液；然后将离子交换膜放入等离子体发生器中，通入氩气，辐照强度为0.8W/cm2，照射时间为8min；将改性后的离子交换膜保存于1%稀盐酸溶液中。经膜性能测试，改性后的离子选择透过率由原来的89.5%提高到98.8%，膜电阻由原来的12.2Ω•cm2下降到5.8Ω•cm2。实施例4：将聚苯乙烯离子交换膜浸泡于氯化钠溶液4h，然后用去离子水冲洗干净，并置于鼓风烘箱中除去水分；干燥好的离子交换膜浸泡于二苯甲酮溶液8min，自然晾干；将预处理的膜置于50g/L苯磷酸甜菜碱溶液中浸泡7min，去除膜表面多余的溶液；然后将离子交换膜放入等离子体发生器中，通入氮气，辐照强度为0.9W/cm2，照射时间为8min；将改性后的离子交换膜保存于1%稀盐酸溶液中。经膜性能测试，改性后的离子选择透过率由原来的92.2%提高到97.5%，膜电阻由原来的12.2Ω•cm2下降到6.9Ω•cm2。实施例5：将聚苯乙烯离子交换膜浸泡于氯化钠溶液4h，然后用去离子水冲洗干净，并置于鼓风烘箱中除去水分；干燥好的离子交换膜浸泡于二苯甲酮溶液8min，自然晾干；将预处理的膜置于30g/L十二烷基磺丙基甜菜碱溶液中浸泡8min，去除膜表面多余的溶液；然后将离子交换膜放入等离子体发生器中，通入氮气，辐照强度为0.8W/cm2，照射时间为8min；将改性后的离子交换膜保存于1%稀盐酸溶液中。经膜性能测试，改性后的离子选择透过率由原来的92.2%提高到96.5%，膜电阻由原来的13.2Ω•cm2下降到6.3Ω•cm2。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体接枝改性离子交换膜的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将离子交换膜浸泡于氯化钠溶液4h，然后用去离子水冲洗干净，并置于鼓风烘箱中除去水分，干燥好的离子交换膜浸泡于二苯甲酮溶液10~15min，自然晾干；（2）将步骤1预处理后的离子交换膜置于两性有机物单体溶液中浸泡5~10min，去除膜表面多余的溶液，然后将离子交换膜放入等离子体发生器中，通入惰性气体或抽真空，在一定辐照强度下照射7~10min，在离子交换膜表面接枝聚合两性有机物单体，引入双活性基团；（3）将改性后的离子交换膜保存于稀盐酸溶液中。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体接枝改性离子交换膜的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将离子交换膜浸泡于氯化钠溶液4h，然后用去离子水冲洗干净，并置于鼓风烘箱中除去水分，干燥好的离子交换膜浸泡于二苯甲酮溶液10~15min，自然晾干；（2）将步骤1预处理后的离子交换膜置于两性有机物单体溶液中浸泡5~10min，去除膜表面多余的溶液，然后将离子交换膜放入等离子体发生器中，通入惰性气体或抽真空，在一定辐照强度下照射7~10min，在离子交换膜表面接枝聚合两性有机物单体，引入双活性基团；（3）将改性后的离子交换膜保存于稀盐酸溶液中。2.根据权利要求1所述的一种等离子体接枝改性离子交换膜的方法，其特征在于：所述的两性有机物单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：周键，王三反，孙三祥，杨庆，张学敏，黄全江，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62