一种钾离子交换膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钾离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：将石墨烯和分散剂加入到溶剂中，得到石墨烯分散液；将侧链含酰胺结构的液态的基础聚合物与缬氨霉素混合，在25~50℃下进行反应得到接枝聚合物；将制得的接枝聚合物加入石墨烯分散液中，制得石墨烯

【技术实现步骤摘要】
一种钾离子交换膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及离子交换膜
，具体地涉及一种钾离子交换膜的制备方法。

技术介绍

[0002]随着淡水资源的日益短缺，由海水获得淡水已成为人们解决淡水资源缺乏问题的一个重要手段。海水经过淡化工艺后，会形成去盐淡水和浓缩盐水两部分，在浓缩盐水中含有大量的钠、钾、钙、镁等金属盐成分，这些盐成分往往是其他一些工业生产中所需的，因此从浓缩盐水中提取盐成分可以获得更高的经济效益。
[0003]我们可以从浓缩盐水中提取这些资源，相对海水有着更高的经济效益和环境优势，例如海水中的钾盐可以用做生产钾肥。对于钾肥的生产，从浓缩盐水中获得高纯度、高浓度的钾盐是必不可少的过程，然而在浓缩盐水中，钾盐通常与大量的钠盐等离子盐一同存在，分离起来具有种种困难，例如：重结晶法的产物收率相对较低，静电吸附法的能量消耗太高，离子交换法的盐消耗非常大。与传统的分离技术相比，膜技术具有模块化、可扩展性强、能耗低等优点，是一种具有工业前景的分离钾盐的方法，然而该方法较为依赖交换膜的性能，为了实现钾离子的分离效率，需要获得钾离子选择性高、渗透率高的交换膜。
[0004]专利申请号为CN201110422887.X的专利文件公开了一种用于钾离子选择电极的感应膜、生产方法及其应用，在该专利中，感应膜由铸膜液制得，铸膜液的成分为：20~40%聚合物、50~80%增塑剂、2~10%离子选择性载体和0.1~2%脂溶盐组成，均以占溶质总重量的重量百分比计算，溶质的总含量为150~400mg/mL；所述的聚合物为羧基聚氯乙烯，高分子量聚氯乙烯，或聚氨酯的一种或几种；所述的增塑剂为癸二酸二异辛酯；所述的离子选择性载体为缬氨霉素；所述的脂溶盐为钾四(4~氯苯基)硼酸；所述的溶剂为四氢呋喃或四氢呋喃、丙酮的混合物。该专利利用聚合物来负载具有高钾离子选择性的缬氨霉素来制得具有高钾离子选择性的感应膜，提高了对钾离子的选择性，然而选择性仍存在进一步提高的需要。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种钾离子交换膜的制备方法，以获得具有高钾离子选择性、使用寿命长、不易污染的交换膜。
[0006]为了实现上述目的。本专利技术采用了以下技术方案：一种钾离子交换膜的制备方法，包含以下步骤：S1、将石墨烯和分散剂加入到溶剂中，得到石墨烯分散液；S2、将侧链含酰胺结构的液态的基础聚合物与缬氨霉素混合，在25~50℃下进行反应得到接枝聚合物；S3、将经步骤S2制得的接枝聚合物加入至经步骤S1制得的石墨烯分散液中，制得石墨烯
‑
接枝聚合物的混合分散液；S4、将所述的混合分散液流延成膜，制得钾离子交换膜。
[0007]本专利技术首先利用侧链含酰胺结构的液态的基础聚合物与缬氨霉素混合，制得基础
聚合物
‑
缬氨霉素构成的接枝聚合物。具体地，本专利技术中基础聚合物的酰胺结构是由与聚合物主链直接或间接相连的羧基与含胺基的化合物缩合形成的，在基础聚合物与缬氨霉素的反应过程中含胺基的化合物会脱去，由缬氨霉素取代其位置。这里的“液态”指的是在常温下其物理状态为液态的基础聚合物，最为常见的有：聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)、聚（N
‑
叔丁基丙烯酰胺）等。在本专利技术中，膜的主要结构是由基础聚合物形成的，由于缬氨霉素与基础聚合物的侧链发生了反应，因此缬氨霉素与基础聚合物形成一体结构，使得制成的钾离子交换膜中缬氨霉素不易发生脱落。本专利技术还采用了石墨烯对钾离子交换膜进行改性处理，具体地，在膜的形成过程中，基础聚合物
‑
缬氨霉素接枝聚合物形成一层中间基材，石墨烯在中间基材上进行沉积复合，得到近似于石墨烯
‑
中间基材
‑
石墨烯的三层结构。石墨烯为规则的网状结构，其具有分布均匀的2D纳米通道，通过2D纳米通道溶液中的离子与中间基材接触，由于中间基材中缬氨霉素具有高钾离子选择性的离子通道，因此通过2D纳米通道的离子中钾离子会被优先选择，从而获得高钾离子选择性，与此同时，石墨烯层状结构还能对中间基材起到表面保护作用，避免缬氨霉素的脱落以及缬氨霉素受溶液中杂质的污染而失去对钾离子的选择作用。
[0008]进一步地，步骤S2中还包括去除接枝聚合物中未反应的基础聚合物的步骤，步骤如下：将反应得到接枝聚合物溶解于过量无水乙醚中，随后向其中加入四氢呋喃使接枝聚合物以沉淀析出并分离；将分离得到的沉淀用四氢呋喃进行萃取；将沉淀进行干燥，即得到不含基础聚合物的接枝聚合物。未反应的基础聚合物会溶于四氢呋喃中，而基础聚合物
‑
缬氨霉素接枝聚合物则会形成沉淀，利用上述方式即可实现基础聚合物与接枝聚合物的分离，提高接枝聚合物的纯度。为了进一步增强提纯效果，得到的沉淀在进行干燥前可以多次循环溶解、沉淀、萃取的步骤。
[0009]进一步地，步骤S4中还包括以下步骤：先将步骤S3得到的混合分散液通过微孔滤膜进行过滤处理，得到石墨烯
‑
聚合物固体，再将石墨烯
‑
聚合物固体重新分散于第三溶剂中，得到新制混合分散液，最后再将新制混合分散液流延成膜。在去除未反应的基础聚合物后，混合分散液中还可能残留有缬氨霉素，因此可对步骤S3中得到的混合分散液进行过滤处理，过滤过程中使用的微孔滤膜（如聚酰胺微孔滤膜）其孔径应当大于缬氨霉素而小于接枝聚合物，使接枝聚合物被拦截形成沉淀，而缬氨霉素随溶剂去除。将得到的接枝聚合物沉淀再次溶解于有机溶剂中，即可得到进一步纯化的新制混合分散液。
[0010]进一步地，所述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、胆酸钠（SC）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、1
‑
芘羧酸（PCA）中的一种或多种。
[0011]进一步地，所述的第一溶剂选自三氯甲烷、二氯甲烷、四氢呋喃、N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮（NMP）、N, N
‑
二甲基甲酰胺（DMF）中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述的石墨烯和分散剂的质量比为(0.5~2): 1。
[0013]进一步地，所述的混合分散液中，接枝聚合物和石墨烯的质量比为(0.05~0.3):1；优选地，所述的混合分散液中，接枝聚合物和石墨烯的质量比为(0.15~0.2):1。
[0014]进一步地，步骤S2中缬氨霉素与基础聚合物的质量比为（0.002~0.01）：1。
[0015]进一步地，S2中反应在氮气保护气氛下进行。
[0016]进一步地，所述的基础聚合物为聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)。
[0017]综上所述，应用本专利技术技术方案可以取得以下有益效果：
（1）本专利技术制得的钾离子交换膜中含有缬氨霉素，缬氨霉素是一种高钾离子选择性材料，可以在大幅提高钾离子扩散速率的同时基本不改变钠离子的扩散速率，从将钾盐从较难分离的钠盐中提纯出来。
[0018]（2）本专利技术制得的钾离子交换膜中，缬氨霉素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钾离子交换膜的制备方法，包含以下步骤：S1、将石墨烯和分散剂加入到溶剂中，得到石墨烯分散液；S2、将侧链含酰胺结构的液态的基础聚合物与缬氨霉素混合，在25~50℃下进行反应得到接枝聚合物；S3、将经步骤S2制得的接枝聚合物加入至经步骤S1制得的石墨烯分散液中，制得石墨烯
‑
接枝聚合物的混合分散液；S4、将所述的混合分散液流延成膜，制得钾离子交换膜。2.根据权利要求1所述的一种钾离子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中还包括去除接枝聚合物中未反应的基材聚合物，步骤如下：将反应得到共聚物溶解于过量无水乙醚中，随后向其中加入四氢呋喃使共聚物以沉淀析出并分离；将分离得到的沉淀用四氢呋喃进行萃取；将沉淀进行干燥，即得到不含基材聚合物的共聚物。3.根据权利要求1所述的一种钾离子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤S4中还包括以下步骤：先将步骤S3中制得的混合分散液通过微孔滤膜进行过滤处理，得到石墨烯
‑
聚合物固体，再将石墨烯
‑
聚合物固体重新分散于溶剂中，得到新制混合分散液，最后再将新制混合分散液流延成膜。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小龙，闵蝉，陆跃乐，张栋，燕鹏，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：