一种非均相管状阴离子交换膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种非均相管状阴离子交换膜及其制备方法和应用，所述非均相管状阴离子交换膜的制备方法包括：(1)将阴离子树脂粉、粘结剂、增柔剂、稳定剂、抗氧剂和着色剂混合，得到团状离子交换物；(2)将得到的团状离子交换物进行挤出，得到所述非均相管状阴离子交换膜；所述制备方法整体操作步骤简单，且可以制备得到的膜管内径低至1mm的非均相管状阴离子交换膜，有利于提高膜组件的装填密度，具有重要的研究意义。研究意义。研究意义。

【技术实现步骤摘要】
一种非均相管状阴离子交换膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于交换膜
，具体涉及一种非均相管状阴离子交换膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]离子交换膜的发展可以追溯到70年前，也是我国最早开发的膜，目前，已经从当初实验室的研究走向不同工业的应用，特别是近年来，随着国家对环境保护的不断重视，以离子交换膜为基础的过程由于能够实现离子的定向或者选择性迁移，在环境保护、清洁生产和分离等具有举足轻重的地位。
[0003]非均相阴离子交换膜的制备方法为以下几种：一是热压法：将阴离子交换树脂粉和粘结剂、增柔剂、稳定剂等添加剂以混炼或密炼的方法混合后，在适宜压力和温度下，热压成膜。例如CN102553454A公开了一种异相阴阳离子交换膜的制备方法，其主要是解决现有普通异相阴阳离子交换膜所存在的水透时间过低导致的“跑料”和“进水”，盐扩散系数高，加工过程复杂的技术问题。所述方法包括：将树脂烘干至含水率在4～8％之间，然后再把烘干的树脂粉进行粉磨；将硅烷交联聚乙烯，聚异丁烯按比例加入密炼机混炼均匀后，再按比例加入离子交换树脂粉，硬脂酸钙，抗氧化剂，着色剂继续混炼，至混炼均匀后出料；胶料先经开炼机拉出厚膜片，之后再由开炼机拉薄膜片，裁剪；膜片上下附上涤纶网布，放入压片机，最后送入压片机热压区热压成型，冷却后取出即为成品。
[0004]二是熔融挤出法：将阴离子交换树脂粉和粘结剂、增柔剂、稳定剂等添加剂以混炼或密炼的方法混合后，加热到合适温度，表现为半流动状态后，挤出成膜。
[0005]三是流涎法：将粘结剂在溶剂中溶解成为溶液，加入阴离子交换树脂粉和添加剂混合后，通过流涎和蒸发掉溶剂，最后得到阴离子交换膜。例如CN104078691A公开了一种高吸水性质子交换膜的制备方法，包括如下步骤：(1)按质量比为1:9～99将中空介孔二氧化硅微球与氟型全氟磺酸聚合物搅拌混合，得到混合料；(2)将步骤(1)得到的混合料加入挤出机进行熔融挤出成膜，流延机头温度为180～200℃，螺杆转速20～35r/min，辊压机线速度为60～100cm/min；(3)将步骤(2)得到的膜放入浓度为0.1～1wt％的氢氧化钠溶液中浸泡4～12小时，浸泡温度为60～80℃，得到钠型全氟磺酸薄膜；(4)将步骤(3)得到的钠型全氟磺酸薄膜放入浓度为0.1～1wt％的盐酸中浸泡1～6小时，浸泡温度为20～30℃，然后用去离子水清洗，得到高吸水性质子交换膜，与采用溶液浇铸法相比，该专利技术制备的高吸水性质子交换膜具有更高的电导率和机械强度。
[0006]四是流涎聚合法：将阴离子交换树脂粉分散在部分聚合的粘结剂溶液中，后经流涎法完成最后聚合过程，得到阴离子交换膜。例如CN102863636A公开了一种原位聚合法制备含氟聚芳醚复合阴离子交换膜的方法，此方法将氟取代聚芳醚阴离子聚合物溶于适当溶剂，加入适量无机纳米粉体、活性复合组分及催化剂，得到制膜液，经热处理脱除溶剂，并在制膜过程中活性复合组分发生原位聚合并与氟取代聚芳醚发生交联反应，得到含氟聚芳醚复合阴离子交换膜材料，该方法可有效解决膜材料的溶胀问题，所制备的阴离子聚合物电
解质膜具有良好的尺寸稳定性、机械强度、离子传导能力及低的钒离子渗透性，在全钒液流电池、聚合物电解质膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、离子交换树脂、膜分离、传感器等领域具有重要应用价值。
[0007]但是，现有的离子交换膜主要是平板膜，膜组件采用板框结构，平面膜设备笨重、有效接触面积较小、交换容量低、无法处理高固含量料液。同时，采用平面膜对设备的安装、维修都增加了难度，如果一个平面膜损坏，就要拆开整个装置，更换新膜后重新组装。因此，受压力驱动膜(微滤、超滤)启发，提出了制备管式阴离子交换膜的构想。管式离子交换膜具有以下特点：能处理复杂料液(如含钙盐沉淀、胶体、多糖、大分子蛋白、细胞碎片等)，处理一般料液时无需微滤、超滤等预处理过程；膜面流程长，能够促进离子扩散和离子迁移过程；可大范围地调节料液流速，有效地控制浓差极化和污垢；且膜呈自支撑结构，无需另加其它支撑体，组件组装较为容易；设备小，结构简单，可制成小型轻便的装置。现有技术制备的管式离子交换膜，主要是将平板式的离子交换膜卷曲并粘合成管式离子交换膜的半成品，然后在管式离子交换膜半成品的封口处利用条状加热器对其进行压实热封粘合；但是该方法的缺陷在于：(1)无法做出小直径的管式膜，进而导致膜组件装填密度低；(2)热封粘合时，封口处受力不均，容易出现局部未粘合现象；(3)热封时温度过高容易使膜片受损。
[0008]因此，提供一种可以得到较小管径且不易出现破损的非均相管状阴离子交换膜的制备方法，是本领域急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种非均相管状阴离子交换膜及其制备方法和应用，所述制备方法首先将制备原料进行混合得到团状离子交换物；再将得到的团状离子交换物加入挤出机进行挤出，即可得到所述非均相管状阴离子交换膜；所述制备方法整体操作简单且得到的非均相管状阴离子交换膜的内径较小，可用于制备高装填密度的膜组件，具有重要的研究价值。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种非均相管状阴离子交换膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0012](1)将阴离子树脂粉、粘结剂、增柔剂、稳定剂、抗氧剂和着色剂混合，得到团状离子交换物；
[0013](2)将步骤(1)得到的团状离子交换物加入挤出机进行挤出，得到所述非均相管状阴离子交换膜。
[0014]本专利技术提供的非均相管状阴离子交换膜的制备方法，首先将制备原料进行混合，将混合得到的团状离子交换物直接挤出即可得到管状的阴离子交换膜，所述制备方法整体操作简单，无需再热封粘合，进而避免了先制成片状膜再卷绕成管得到的管状膜由于在热封粘合时，封口处受力不均，容易出现局部未粘合现象以及由于热封时温度过高容易使膜片受损的问题。
[0015]采用本专利技术提供的制备方法得到的非均相管状阴离子交换膜整体为管状，可根据装备需求调节管的长度，尤其是可以制备超长管状膜；且所述制备方法制备得到的非均相管状阴离子交换膜的内径最低可达1mm，进而可以用来制备高装填密度的膜组件，具有重要
研究意义。
[0016]优选地，步骤(1)所述团状离子交换物按照重量份包括如下组分：粘结剂20～30重量份、阴离子树脂粉62～73重量份、增柔剂5～6重量份、稳定剂1～2.5重量份、抗氧剂0.5～1和着色剂0.1～0.2重量份。
[0017]所述粘结剂可以为21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份或29重量份等。
[0018]所述阴离子树脂份可以为63重量份、64重量份、65重量份、66重量份、67重量份、68重量份、69重量份、70重量份、71重量份或72重量份等。
[0019]所述增柔剂可以为5重量份、5.2重量份、5.4重量份、5.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非均相管状阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将阴离子树脂粉、粘结剂、增柔剂、稳定剂、抗氧剂和着色剂混合，得到团状离子交换物；(2)将步骤(1)得到的团状离子交换物加入挤出机进行挤出，得到所述非均相管状阴离子交换膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述团状离子交换物按照重量份包括如下组分：粘结剂20～30重量份、阴离子树脂粉62～73重量份、增柔剂5～6重量份、稳定剂1～2.5重量份、抗氧剂0.5～1重量份和着色剂0.1～0.2重量份。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述粘结剂包括聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述增柔剂包括聚异丁烯；优选地，步骤(1)所述稳定剂包括硬脂酸钙；优选地，步骤(1)所述阴离子树脂粉包括201
×
7型树脂粉、201
×
4型树脂粉、D201型树脂粉、D202型树脂粉或D301型树脂粉中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述着色剂包括酞菁蓝。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合的方法为密炼；优选的，步骤(1)所述混合的时...

【专利技术属性】
技术研发人员：林樟楠，丛威，朱严林，聂一凡，杨鹏波，程显阳，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：