使用非均相离子交换膜载体的双极性离子交换膜和其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种双极性离子交换膜及其制备方法，并提供一种双极性离子交换膜，其包括相互堆叠的第一极性非均相离子交换膜和第二极性均相离子交换膜，其中，第一极性非均相离子交换膜由离子交换树脂粉末和含有第一极性离子交换基团的粘合剂树脂形成，第二极性均相离子交换膜由含有第二极性离子交换基团的基质树脂形成，并且第一极性非均相离子交换膜和第二极性均相离子交换膜之间的界面是非均相界面。

Bipolar ion exchange membrane using heterogeneous ion exchange membrane carrier and its manufacturing method

The invention relates to a bipolar ion exchange membrane and a preparation method thereof, and provides a bipolar ion exchange membrane, which comprises a first polar heterogeneous ion exchange membrane and a second polar homogeneous ion exchange membrane stacked with each other, wherein the first polar heterogeneous ion exchange membrane is formed by an ion exchange resin powder and an adhesive resin containing the first polar ion exchange group The bipolar homogeneous ion exchange membrane is formed by the matrix resin containing the second polar ion exchange group, and the interface between the first polar heterogeneous ion exchange membrane and the second polar homogeneous ion exchange membrane is heterogeneous.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用非均相离子交换膜载体的双极性离子交换膜和其制造方法
本公开涉及一种使用非均相离子交换膜作为载体的双极性离子交换膜和其制造方法。
技术介绍
在分离离子材料时，离子交换膜是一种分离膜，其使用传质动量作为分离离子材料的电动势。当阳离子交换膜系统通过阳极和阴极提供电流，包含在电解质溶液中的阳离子通过离子交换膜向阴极移动，并且阴离子不能通过阳离子交换膜的唐南排斥渗透通过离子交换膜。类似地，阴离子交换膜系统能够使得包含在电解质溶液中的阴离子通过离子交换膜向阳极移动，并且防止阳离子通过阴离子交换膜的唐南排斥穿过离子交换膜。以此方式，可以分离离子材料。涉及使用这种离子交换膜的电化学去离子法采用能够交换离子(而不是过滤纯净水)的分离膜来施加电力，从而去除水中的离子、有机物质、重金属和其它污染物。当在阳离子交换膜和阴离子交换膜彼此结合的同时提供电流，以使阳离子交换层向阴极取向，并且阴离子交换层向阳极取向时，水分子分解为氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)，从而分别移动到阴极和阳极。去离子化包括：使用阳离子交换膜和离子交换膜且应用电渗析和双极型膜的水分解电渗析(WSED)、包括填充离子交换树脂的电去离子、使用碳主体的电容去离子技术等。去离子工艺中，使用双极性膜的水解电渗析涉及将双极性膜划分为均相双极性膜和非均相双极性膜。均相双极性膜应用于WSED，从而用于生产酸/碱。然而，由于不良的加工性和经济可行性，均相双极性膜并未能够得到广泛应用。同时，使用离子交换树脂的非均相双极性膜通过对离子交换树脂进行研磨并将其与聚烯烃聚合物粘合剂配混来制造成离子交换膜。由于聚烯烃粘合剂不含离子交换基团，所以性能可能下降。不同的是，非均相双极性膜具有更广泛的应用范围，不仅包括WSED，还包括制造饮用水等。此外，由于其加工性和经济可行性明显优于均相双极性膜，因此非均相双极性膜的使用增加，超过了R&D水平。[现有技术文献](专利文件1)韩国专利公开第2007-0052285号
技术实现思路
技术问题本公开提供一种不包括载体的非均相双极性离子交换膜和其制造方法。技术方案本公开涉及一种包括非均相离子交换膜的双极性离子交换膜。根据一个示例性实施方式，本公开提供包括非均相离子交换膜和均相离子交换膜的双极性离子交换膜，所述非均相离子交换膜具有第一极性，并且由含有第一极性离子交换基团的离子交换树脂粉末和粘合剂树脂形成，所述均相离子交换膜具有第二极性，并且由包含第二极性离子交换基团的基质树脂形成，其中，非均相离子交换膜和均相离子交换膜是堆叠的。具有第一极性的非均相离子交换膜和具有第二极性的均相离子交换膜接触处的界面是非均相的。非均相离子交换膜包含50重量％至80重量％的离子交换树脂粉末，所述离子交换树脂粉末含有第一极性离子交换基团。优选非均相离子交换膜是挤出片材。粘合剂树脂可以是聚烯烃树脂。非均相离子交换膜可以是阳离子交换膜。在该情况下，离子交换树脂粉末可以包含独立选自下组的至少一种阳离子交换基团：磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)、膦酸基(-PO3H2)、次膦酸基(-HPO2H)、砷酸基(-AsO3H2)和硒酸基(-SeO3H)。均相离子交换膜是由具有阴离子交换基团的基质树脂形成的阴离子交换膜，并且阴离子交换膜还可以含有具有阴离子交换基团的阴离子交换树脂粉末。阴离子交换膜可以含有10重量％至50重量％的阴离子交换树脂粉末。阴离子交换基团可以是独立地选自下组的至少一种阴离子交换基团：季铵盐(-NH3)、伯胺至叔胺(-NH2、-NHR、-NR2)、季鏻基(-PR4)和叔锍基(-SR3)。非均相离子交换膜可以是阴离子交换膜，并且离子交换树脂粉末具有独立地选自下组的至少一种阴离子交换基团：季铵盐(-NH3)、伯胺至叔胺(-NH2、-NHR、-NR2)、季鏻基(-PR4)和叔锍基(-SR3)。非均相离子交换膜是由具有阳离子交换基团的基质树脂形成的阳离子交换膜。优选阳离子交换膜还包含具有阳离子交换基团的阳离子交换树脂粉末。阳离子交换基团可以是独立地选自下组的至少一种阳离子交换基团：磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)、膦酸基(-PO3H2)、次膦酸基(-HPO2H)、砷酸基(-AsO3H2)和硒酸基(-SeO3H)。基质树脂可以是独立地选自下组的至少一种基质树脂：聚砜(PSF)、聚醚醚酮(PEEK)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)和聚苯醚(PPO)，阳离子交换基团或阴离子交换基团被引入其中。本公开还涉及一种用于制造双极性离子交换膜的方法，所述方法包括：在具有第一极性的离子交换膜表面上浇铸具有第二极性的离子交换溶液，并且进行干燥以形成具有第二极性的离子交换膜，在离子交换溶液中，用于基质树脂的聚合物溶解在溶剂中，所述基质树脂含有第二极性离子交换基团，在离子交换膜中，具有第一极性并包含第一极性离子交换基团的离子交换树脂粉末在粘合剂树脂中。优选具有第一极性的离子交换膜是挤出片材。优选具有第一极性的离子交换膜包含50重量％至80重量％的具有第一极性的离子交换树脂粉末。粘合剂树脂可以是聚烯烃树脂。具有第二极性的离子交换溶液还可以含有具有第二极性的离子交换树脂粉末，所述离子交换树脂粉末包含第二极性离子交换基团。具有第二极性的离子交换树脂粉末可以占具有第二极性的离子交换膜的10重量％至50重量％。溶剂可以使用选自以下的任意一种、或两种、或更多种的混合物：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、氯仿、二氯甲烷、三氯乙烯、乙醇、甲醇和正己烷。干燥可以在50℃至120℃的温度下进行。有益效果由于本公开采用非均相离子交换膜作为其载体替代在现有双极性膜中所用的载体，通过浇铸溶液可以容易地制造相反的离子交换膜。当制造通过浇铸形成的离子交换膜时，可以通过控制添加在离子交换溶液中的离子交换树脂粉末的量来控制离子交换容量。在这方面，可以制造与均相双极性膜相比具有出色加工性和经济可行性、与非均相双极性膜相比具有出色水解活性和电学特性的双极性膜。附图说明图1是常规双极性离子交换膜的横截面图。图2是根据本公开的一个示例性实施方式的双极性离子交换膜的横截面示意图。图3是显示通过浇铸溶液制造图2的非均相双性极离子交换膜的方法的一个实例的示意图。图4是显示比较例1和实施例1的双极性离子交换膜的水解活性的图。专利技术最佳实施方式本公开提供非均相双极性离子交换膜。本公开涉及一种非均相双极性离子交换膜和其制造方法，所述非均相双极性离子交换膜具有出色的加工性和经济可行性，并且呈现出与均相双极性离子交换膜相比的类似性能。现有的均相双极性离子交换膜采用载体，例如，如图1所示的网格型聚酯，以提高机械性质和化学耐久性。因此，例如，双极性离子交换膜通过如下过程来制造：用阳离子交换溶液浸渍该网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一个双极性离子交换膜，其包含：/n非均相离子交换膜和均相离子交换膜，所述非均相离子交换膜具有第一极性，并且由含有具有所述第一极性的离子交换基团的离子交换树脂粉末和粘合剂树脂形成，所述均相离子交换膜具有第二极性，并且由包含具有所述第二极性的离子交换基团的基质树脂形成，其中，非均相离子交换膜和均相离子交换膜是堆叠的，/n其中，具有第一极性的非均相离子交换膜和具有第二极性的均相离子交换膜接触处的界面是非均相的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170328 KR 10-2017-00392561.一个双极性离子交换膜，其包含：
非均相离子交换膜和均相离子交换膜，所述非均相离子交换膜具有第一极性，并且由含有具有所述第一极性的离子交换基团的离子交换树脂粉末和粘合剂树脂形成，所述均相离子交换膜具有第二极性，并且由包含具有所述第二极性的离子交换基团的基质树脂形成，其中，非均相离子交换膜和均相离子交换膜是堆叠的，
其中，具有第一极性的非均相离子交换膜和具有第二极性的均相离子交换膜接触处的界面是非均相的。


2.如权利要求1所述的双极性离子交换膜，其中，非均相离子交换膜包含50重量％至80重量％的含有具有所述第一极性的离子交换基团的离子交换树脂粉末。


3.如权利要求1所述的双极性离子交换膜，其中，非均相离子交换膜是挤出片材。


4.如权利要求1所述的双极性离子交换膜，其中，粘合剂树脂是聚烯烃树脂。


5.如权利要求1所述的双极性离子交换膜，其中，非均相离子交换膜是阳离子交换膜，并且离子交换树脂粉末包含独立选自下组的至少一种阳离子交换基团：磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)、膦酸基(-PO3H2)、次膦酸基(-HPO2H)、砷酸基(-AsO3H2)和硒酸基(-SeO3H)。


6.如权利要求5所述的双极性离子交换膜，其中，均相离子交换膜是由具有阴离子交换基团的基质树脂形成的阴离子交换膜，阴离子交换膜还含有具有阴离子交换基团的阴离子交换树脂粉末。


7.如权利要求6所述的双极性离子交换膜，其中，阴离子交换膜含有10重量％至50重量％的阴离子交换树脂粉末。


8.如权利要求6或权利要求7所述的双极性离子交换膜，其中，阴离子交换基团是独立地选自下组的至少一种阴离子交换基团：季铵盐(-NH3)、伯胺至叔胺(-NH2、-NHR、-NR2)、季鏻基(-PR4)和叔锍基(-SR3)。


9.如权利要求1所述的双极性离子交换膜，其中，非均相离子交换膜是阴离子交换膜，并且离子交换树脂粉末具有独立地选自下组的至少一种阴离子交换基团：季铵盐(-NH3)、伯胺至叔胺(-NH2、-NHR、-NR2)、季鏻基(-PR4)和叔锍基(-SR3)。


10.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国元，姜尚贤，文诚敏，李俊永，
申请(专利权)人：豪威株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR