膜层叠体及其应用制造技术

一种适合于水纯化的离子交换膜的层叠体，其包含多个阴离子交换膜(AEM)和多个阳离子交换膜(CEM)，其中AEM的颜色特性与CEM的颜色特性可见地不同。本发明专利技术还提供了制造膜层叠体的方法，其中降低了存在两个连续膜具有相同电荷的可能性。此外，容易识别出在层叠体中是否存在具有相同电荷的两个连续膜。在具有相同电荷的两个连续膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膜层叠体及其应用
[0001]本专利技术涉及膜层叠体及其制备和应用。
[0002]世界人口的增加、供水的减少和干旱导致对淡水的需求增加。被称为电渗析(“ED”)的方法已用于将微咸水转化成饮用水。该方法在具有大量微咸水供应的沿海地区特别有用。第一个市售ED单元在1950年代开发。从那时起，离子交换膜的改进导致ED的显著进步。
[0003]ED单元通常包括一个或多个膜层叠体。每个层叠体包括阳极、阴极和多个流体通过的电池对。电池对通常包括离子稀释隔室和离子浓缩隔室。每个电池包括由带负电荷的阳离子交换膜(阳离子交换膜或“CEM”)制成的壁和由带正电荷的阴离子交换膜(阴离子交换膜或“AEM”)制成的壁。当进料流体通过离子稀释隔室并跨电极施加DC电压时，溶解的阳离子通过CEM并朝向阴极，而溶解的阴离子通过AEM并朝向阳极，在每种情况下进入离子浓缩隔室。通常，阴极和阳极在去离子过程中用漂洗流体洗涤。以此方式，最初存在于进料流体中的阳离子和阴离子(例如Ca
2+
、Na
+
、SO
42
‑
和Cl
‑
)渗透穿过膜壁，留下脱盐水流(具有比原始进料流体低的离子含量)并且产生含有离子水平升高的水流。ED单元可用于将微咸水的进料流体转化成具有低得多的溶解盐含量的饮用水。
[0004]鉴于在ED单元中使用的膜层叠体包括交替的AEM和CEM，重要的是确保AEM和CEM处于正确的顺序。然而，迄今为止，用于制造ED单元的AEM和CEM在视觉上是不可区分的。因此，在ED单元的制造期间发生连续包括两个相同电荷的膜的错误(例如，AEM接着AEM或CEM接着CEM，而不是CEM接着AEM)。此外，当观察ED层叠体时，很难确定AEM和CEM是否按照需要交替，或者是否连续地包括两个相同电荷的膜而得到有缺陷的ED单元。
[0005]鉴于以上所述，本专利技术的一个目的是提供一种制造膜层叠体的方法，其中降低了存在两个连续膜具有相同电荷的可能性。此外，本专利技术的一个目的是提供膜层叠体，其中更容易识别是否存在两个具有相同电荷的连续膜。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种离子交换膜的层叠体，其包含多个阴离子交换膜(AEM)和多个阳离子交换膜(CEM)，其中所述AEM的颜色特性与所述CEM的颜色特性可见地不同。
[0007]在本文(包括其权利要求)中，动词“包括”及其变化形式以其非限制性意义使用，意指包括该词之后的项目，但是不排除未具体提及的项目。另外，不定冠词“一”或“一个”所指的要素不排除存在多于一个要素的可能性，除非上下文明确要求仅存在一个要素。因此，不定冠词“一”或“一个”通常表示“至少一个”。
[0008]层叠体优选包括至少10个CEM和至少10个AEM，更优选至少25个CEM和至少25个AEM。
[0009]膜层叠体中的AEM和CEM之间的颜色特性的可见差异使得所述膜可用人眼和自动传感器或类似的识别系统能够区分。对于人工操作，AEM和CEM之间颜色特性的可见差异优选在例如日光和/或人造光(例如由电气装置产生的光，例如在工业环境中使用的光)下观察AEM和CEM时可见。对于膜层叠体的自动化制造，AEM和CEM之间颜色特性的可见差异优选在日光和/或人造光下可见。人造光通常通过电气方式产生并且包括例如可见光(例如白
光、红光、橙光、黄光、绿光、蓝光、靛蓝光和紫光)、紫外光和红外光。
[0010]在一个优选实施方式中，AEM和CEM之间颜色特性的可见差异优选在黄光、特别是人造黄光(例如波长高于490nm的光)下可见，因为这对于由对蓝光敏感(例如在蓝光下降解)的AEM和/或CEM以工业方式制造膜层叠体特别有用。
[0011]CEM和AEM的颜色特性及其可见差异可以用分光光度法进行量化，例如使用分光光度计例如Konica Minolta CM
‑
3600d分光光度计，例如使用8mm MAV测量区域。
[0012]用于量化CEM和AEM的颜色特性及其可见差异的合适参数来自CIEDE2000。CIEDE2000是国际照明委员会规定的国际标准，使用例如CIE L*a*b*颜色空间或CIELCh颜色空间来表示颜色特性和差异，在CIELCh颜色空间中不是笛卡尔坐标a*、b*，而是指定圆柱体坐标C'(色度、相对饱和度)和h'(色调角度)。两种颜色空间的亮度L相同。
[0013]CIE L*a*b*的三个坐标表示颜色的亮度(L*＝0产生黑色，L*＝100指示漫反射白色；镜面白色(specular white)可能更大)、其在红色/品红色和绿色之间的位置(a*，负值指示绿色而正值指示品红色)和其在黄色和蓝色之间的位置(b*，负值指示蓝色而正值指示黄色)。
[0014]本专利技术的目的是提供包含AEM和CEM的层叠体，其中CEM的颜色特性可见地不同于AEM的颜色特性，优选通过在AEM和/或CEM中包含染料而实现。然而，过量的染料是不可取的，因为这将增加制造成本。
[0015]对于AEM和CEM之间颜色特性的容易可见的差异，AEM和/或CEM的颜色优选不太白。因此，优选地，AEM和/或CEM的亮度L'低于90，更优选地低于80，特别是低于70(例如低于60)。
[0016]另一方面，AEM和/或CEM的颜色不应太暗。因此，优选地，AEM和/或CEM的亮度L'高于5，更优选高于8，特别是高于10，更特别是至少15，例如至少20。
[0017]AEM和/或CEM的相对饱和度色度C
’
(其可被视为a*和b*的归一化平均值)优选为至少4，更优选至少5，特别是至少8。
[0018]AEM和/或CEM的色调h
’
(如根据CIEDE2000由h
’
表示)优选小于70
°
或至少100
°
，更优选小于60
°
或至少120
°
。之所以出现这种偏好，是因为70
°
至100
°
之间的色调值是淡黄色的，这种颜色在标准室内照明条件下不易看到，尤其是在黄光条件下。在具体实施方式中，色调优选小于100
°
或至少210
°
(因为绿色较不优选)。
[0019]颜色差异优选用ΔE
00
表示，ΔE
00
是CIEDE2000(也称为CIELab 2000)的公知公式。详细信息可见例如Luo M.R.(2016)CIEDE2000,History,Use,and Performance。载于：Luo M.R.(eds)Encyclopedia of Colour Science and Technology.Springer,New York,NY.https://doi.org/10.1007/978
‑1‑
4419
‑
8071
‑
7_7以及ISO标准ISO 11664
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种离子交换膜的层叠体，其包含多个阴离子交换膜(AEM)和多个阳离子交换膜(CEM)，其中所述AEM的颜色特性与所述CEM的颜色特性可见地不同。2.如权利要求1所述的层叠体，其中，所述CEM通过固化包含以下组分的可固化组合物而获得：(a)一种或多种包含至少一个阴离子基团的可固化单体；(b)染料；(c)可选的共引发剂；(d)可选的不含阴离子和阳离子基团的可固化单体；以及(e)可选的溶剂。3.如权利要求1或2所述的层叠体，其中，所述AEM通过固化包含以下组分的可固化组合物而获得：(a)一种或多种包含至少一个阳离子基团的可固化单体；(b)染料；(c)可选的共引发剂；(d)可选的不含阴离子和阳离子基团的可固化单体；以及(e)可选的溶剂。4.如权利要求2或3所述的层叠体，其中，所述染料是Norrish II型光引发剂。5.如权利要求2至4中任一项所述的层叠体，其中，所述染料是Norrish II型光引发剂，当其在23℃的温度下在以下溶剂中的一种或多种中测量时在长于400nm的波长处具有最大吸收：水、乙醇和甲苯。6.如权利要求2至5中任一项所述的层叠体，其中，组分(b)在最大吸收处的摩尔衰减系数为7,500M
‑1cm
‑1。7.如权利要求2至6中任一项所述的层叠体，其中，存在共引发剂(c)，并且其是当组分(b)处于电子激发态时能够在与组分(b)的反应中产生自由基的化学品。8.如权利要求2至7中任一项所述的层叠体，其中，组分(c)包含叔胺、丙烯酸酯化胺、鎓盐(例如碘鎓、锍、鏻或重氮离子的盐)、三嗪衍生物、有机卤素化合物、醚基、酮、硫醇、硼酸盐、硫化物、吡啶鎓盐、二茂铁鎓盐或它们中的两种以上。9.如权利要求2至8中任一项所述的层叠体，其中，组分(b)包含呫吨、黄素、姜黄素、卟啉、蒽醌、吩噁嗪、樟脑醌、吩嗪、吖啶、吩噻嗪、呫吨酮、噻吨酮、噻吨、吖啶、吖啶酮、黄酮、香豆素、芴酮、喹诺酮、萘醌、喹啉酮、芳基甲烷、偶氮、二苯甲酮、类胡萝卜素、花青素、酞菁、二吡咯甲烯、方酸菁、芪、苯乙烯基、三嗪和/或花青苷衍生的光引...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：