双极膜及其制造方法技术

本发明专利技术的双极膜(BP)的特征在于，在阳离子交换膜(1)与阴离子交换膜(3)的界面分布有碱性金属氯化物的颗粒(5)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双极膜及其制造方法
本专利技术涉及阳离子交换膜和阴离子交换膜贴合而成的双极膜，进而还涉及其制造方法。
技术介绍
双极膜为阳离子交换膜和阴离子交换膜贴合而成的复合膜，其具有产生如下被称为水解的现象的功能：通过对浸渍于水溶液中的双极膜的两侧施加电压而将膜内的水离解为质子和氢氧化物离子。利用该功能，将双极膜和阳离子交换膜、阴离子交换膜组合来进行电渗析，由此例如可以由中性盐制造酸、碱。对于上述那样的双极膜而言，为了在低电压下将水离解为质子和氢氧化物离子，采用在阳离子交换膜与阴离子交换膜的界面设置促进离解的水解催化剂这种手法。作为这种水解催化剂，例如专利文献1中公开了氧化钛等金属氧化物，提出了将该金属氧化物的层设置于阳离子交换膜与阴离子交换膜的界面的双极膜。另外，专利文献2中公开了锡、钌等重金属离子作为水解催化剂具有效果，例如提出了在用锡、钌进行了离子交换的阳离子交换膜的表面形成具有阴离子交换基团、或可以导入阴离子交换基团的交换基团的聚合物的覆膜，根据需要导入阴离子交换基团而成的双极膜。但是，对于专利文献1中提出的双极膜而言，作为水解催化剂使用的金属氧化物，需要以致密的层的形式设置于阳离子交换膜与阴离子交换膜的界面，因此存在在阳离子交换膜与阴离子交换膜之间随着长期使用而容易产生膜剥离这种问题。另外，因此在阳离子交换膜(或阴离子交换膜)的表面形成金属氧化物的层之后，需要通过按压处理等将金属氧化物颗粒埋入交换膜的表面的操作，生产效率低。另外，对于专利文献2的双极膜而言，水解催化剂的耐久性低，反复通电中，锡、钌等重金属离子向膜外消失，其结果，存在水解电压升高这种问题，需要对于此的改善。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-200079公报专利文献2：日本专利第2524012号
技术实现思路
专利技术要解决的问题因此，本专利技术的目的在于，提供膜剥离的问题得到有效解决的同时，可以长期稳定地维持低的水解电压的双极膜及其制造方法。用于解决问题的方案本专利技术人等对于双极膜的水解电压，将金属氯化物作为起始原料研究水解催化剂的调整条件，结果发现，将通过调整金属氯化物浓度、pH等而得到的碱性金属氯化物的颗粒分布于阳离子交换膜与阴离子交换膜的界面，由此可以长期将水解电压维持得低，从而完成了本专利技术。根据本专利技术，提供一种双极膜，其特征在于，其为阳离子交换膜与阴离子交换膜接合而成的双极膜，在前述阳离子交换膜与阴离子交换膜的界面分布有碱性金属氯化物的颗粒。本专利技术的双极膜中，优选(1)前述碱性金属氯化物中含有的金属为Sn或Ru、(2)前述碱性金属氯化物的颗粒以0.01～5g/m2的量分布。根据本专利技术，另外，提供一种双极膜的制造方法，其包括：准备预先制作的离子交换膜作为基材膜的工序；准备分散有碱性金属氯化物颗粒的涂布液，将该涂布液涂布于前述基材膜表面，并进行干燥，从而使该碱性金属氯化物颗粒分布于前述基材膜表面的颗粒分布工序；在分布有前述碱性金属氯化物颗粒的前述基材膜表面涂布抗衡离子交换树脂溶液，并进行干燥，从而在基材膜上形成抗衡离子交换树脂层的涂覆工序。需要说明的是，本专利技术中，碱性金属氯化物指的是导入有氢氧化物离子的多价金属氯化物，存在各种氢氧化物离子导入度的氯化物，例如具有下述式(1)所示的组成。M(OH)xCly(1)式中，M为多价金属，x和y的总计为多价金属M的价数、且分别是并非为0的数。专利技术的效果本专利技术的双极膜具有下述重要特征：在阳离子交换膜与阴离子交换膜的接合界面分布有碱性金属氯化物的颗粒。即，碱性金属氯化物表现出作为水解催化剂的功能，这种碱性金属氯化物颗粒降低水解电压的同时，以颗粒形式分布于阳离子交换膜与阴离子交换膜的界面，因此即使持续性地进行通电的情况下，也可以长期维持低的水解电压。例如，如后述实施例所示那样(详细条件参照实施例)，对于没有分布碱性金属氯化物的比较例1的双极膜而言，虽然初始的水解电压低、为1.2V，但是耐久试验后，大幅升高、为2.1V。与此相对地，对于碱性金属氯化物(碱性氯化锡(II))的颗粒分布于接合界面的本专利技术的双极膜而言，初始水解电压示出1.1～1.4V，即使在进行了规定的通电的耐久试验后，水解电压也为1.7V以下(特别是1.1～1.4V)，初始的水解电压得到维持。如此根据本专利技术，可以长期将水解电压维持得低。需要说明的是，如本专利技术那样通过使碱性金属氯化物的颗粒分布于接合界面，可以长期维持低的水解电压的理由，虽然并非明确地阐明，但是本专利技术人等推定如下所述。即，含有金属的水解催化剂存在金属离子生成能力越高则催化功能越高的倾向，而碱性金属氯化物颗粒具有对水的适当溶解度。因此，将该氯化物的颗粒分布于接合界面的双极膜浸渍于水溶液中的情况下，通过该氯化物对水的溶解而产生的金属离子与接合界面的离子交换膜的离子交换基团进行离子交换，由此，可发挥降低水解电压的催化功能。另外，如此与离子交换基团进行离子交换而分布于接合界面的金属离子会在进行通电中一点一点地消失，而推定在本专利技术中，由分布于接合界面的碱性金属氯化物颗粒可重新补充金属离子，作为其结果，能够长期稳定地保持低的水解电压。另外，本专利技术中使用的碱性金属氯化物与金属氧化物不同，具有金属离子供给能力。因此，催化效果高，通过使粒径极小并少量分布于接合界面，可以降低水解电压。因此，即使如使用金属氧化物的情况那样，不进行压入操作等特别的操作，也可以避免接合界面中的离子交换树脂之间的密合性降低，有效地避免膜的剥离，例如可以有效地防止起因于部分的膜剥离的气泡的产生、膨胀等不良问题。附图说明图1为本专利技术的双极膜的示意性侧剖视图。具体实施方式参照图1，本专利技术的双极膜BP为阳离子交换膜1与阴离子交换膜3接合而成的，在其接合界面分布有碱性金属氯化物颗粒5作为水解催化剂。若将上述双极膜BP浸渍于水溶液中且通过施加电压进行通电，则浸渗到双极膜BP中的水(H2O)离解为质子(H+)和氢氧化物离子(OH-)，质子在阳离子交换膜1侧释放，氢氧化物离子在阴离子交换膜3侧释放。因此利用此情况，与阴离子交换膜或阳离子交换膜组合并进行通电(即，电渗析)，由此可以由有机、无机的中性盐生成、浓缩并回收酸或碱，或者由中性盐回收酸成分，碱性金属氯化物颗粒作为水解催化剂，促进水的离解，能够实现低电压下的水的离解。这种双极膜BP中，阳离子交换膜1及阴离子交换膜3可以为其自身公知物。＜碱性金属氯化物的颗粒5＞碱性金属氯化物为导入有氢氧化物离子的多价金属氯化物，只要能够释放作为水解催化剂的金属离子则没有特别限制。通常具有下述式(1)所示的组成。M(OH)xCly(1)式中，M为多价金属，x和y的总计为多价金属M的价数、且分别是并非为0的数。本专利技术中，对于该碱性金属氯化物而言，用下述式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极膜，其特征在于，其为阳离子交换膜与阴离子交换膜接合而成的双极膜，/n在所述阳离子交换膜与阴离子交换膜的界面分布有碱性金属氯化物的颗粒。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180326 JP 2018-0588961.一种双极膜，其特征在于，其为阳离子交换膜与阴离子交换膜接合而成的双极膜，
在所述阳离子交换膜与阴离子交换膜的界面分布有碱性金属氯化物的颗粒。


2.根据权利要求1所述的双极膜，其中，所述碱性金属氯化物中含有的金属为Sn或Ru。


3.根据权利要求1所述的双极膜，其中，所述碱性金属氯化物的颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：河岛稔，福田宪二，
申请(专利权)人：株式会社亚斯通，
类型：发明
国别省市：日本;JP