纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜及其制备方法技术

纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜及其制备方法，它涉及离子交换膜及其制备方法。它解决了现有技术制备有机无机杂化离子交换膜存在操作过程不安全、流程用时长及产品性能差的问题。本发明专利技术纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜由聚偏氟乙烯、二乙烯苯、无机纳米颗粒、有机溶剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯和过氧化苯甲酰制成。方法：一、按重量百分比称取所需成分；二、无机纳米颗粒与有机溶剂超声波震荡混合；三、加入其它成分，制备铸膜液；四、铸膜液制膜；五、将膜浸渍、清洗和漂洗；六、将膜放入ＮａＯＨ溶液中浸渍后清洗，即得纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜。本发明专利技术制备成本低、制备时间短，产品性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离子交换膜及其制备方法。
技术介绍
离子交换膜广泛应用在冶金、化工、医药、食品和造纸等方面。其中有机 无机杂化离子交换膜结合了有机膜和无机膜的性能优点，已成为离子交换膜的 研究热点。目前，采用溶胶-凝胶法制备有机无机杂化离子交换膜，但是存在以下缺 点(l)所使用的原料有些对健康有害，操作过程不安全；(2)整个溶胶-凝胶过 程所需时间较长；(3)凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中又将会逸出许多气 体及有机物，并产生收縮，导致产品性能差，例如对二价离子的选择透过性差， 离子选择性透过系数仅为0.82 0.89，膜电阻高，在300 50(TC的条件下热稳 定性差，机械性能差，亲水性差，柔韧性差等。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有技术制备有机无机杂化离子交换膜存在操作 过程不安全、流程用时长及产品性能差的问题，而提供纳米颗粒填充的有机无 机杂化阳离子交换膜及其制备方法。本专利技术纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜按重量百分比由 5.0% 30%的聚偏氟乙烯、0.5% 25%的二乙烯苯、0.1% 5.0%的无机纳米颗 粒、50% 80%的有机溶剂、1.0% 40%的甲基丙烯酸縮水甘油酯和0.2% 5.0°/。的过氧化苯甲酰制成；其中有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基 甲酰胺或二甲亚砜。制备纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜的方法按以下步骤实现 一、按重量百分比称取5.0% 30%的聚偏氟乙烯、0.5% 25%的二乙烯苯、 0.1% 5.0%的无机纳米颗粒、50% 80%的有机溶剂、1.0% 40%的甲基丙烯 酸縮水甘油酯和0.2% 5.0%的过氧化苯甲酰；二、超声波震荡的条件下，将 称取的无机纳米颗粒加入到称取的有机溶剂中，然后静置55 65min，再超声波震荡10 30min;三、超声波震荡后加入称取的聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸縮 水甘油酯、二乙烯苯和过氧化苯甲酰均匀混合后，静置脱泡，得铸膜液；四、 在20 3(TC的条件下将铸膜液在玻璃板上制成膜，自然风干22 26h，然后在 60 8(TC的条件下干燥1 2h，再放入100 12(TC的条件下反应1 2h，室温 下冷却后，放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上自动脱落，然后将膜自然风干； 五、在室温下将膜放入质量浓度为98%的浓硫酸中浸渍2 4山然后依次用质 量浓度为94%、 65%和40%的浓硫酸清洗，再用去离子水漂洗；六、将膜放入 浓度为lmol/L的NaOH溶液中浸渍22 26h后用去离子水清洗，即得纳米颗 粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜；其中步骤一中有机溶剂为N,N-二甲基 乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜。本专利技术采用共混法制备有机无机杂化阳离子交换膜，制备时间短；成膜原 料来源广泛、工艺简单、无对健康有害物质，操作过程安全，易于实现工业规 模化生产；纳米颗粒的加入，改善了膜的机械性能，提高了膜的亲水性、柔韧 性和抗污染能力，离子交换容量提高了8%，膜电阻减小了10%，对二价离子 的选择透过性好，离子选择性透过系数高达0.92 0.96，在300 50(TC的条件 下热稳定性好；本专利技术中通过调节各种原料的配比得到不同性能的膜，所得的 杂化离子交换膜具有更广泛的应用前景。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜按重量百分比由5.0% 30%的聚偏氟乙烯、0.5% 25%的二乙烯苯、0.1% 5.0%的无机纳米颗粒、50°/。 80%的有机溶剂、1.0% 40%的甲基丙烯酸縮水 甘油酯和0.2% 5.0%的过氧化苯甲酰制成；其中有机溶剂为N,N-二甲基乙酰 胺、N,N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一不同的是纳米颗粒填充的 有机无机杂化阳离子交换膜按重量百分比由10%的聚偏氟乙烯、15%的二乙烯 苯、1.0%的无机纳米颗粒、55%的有机溶剂、17%的甲基丙烯酸縮水甘油酯和 2.0%的过氧化苯甲酰制成；其中有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基 甲酰胺或二甲亚砜。其它与具体实施方式一相同。本实施方式中聚偏氟乙烯的分子量为350000 600000道尔顿。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同的是无机纳米颗 粒为纳米三氧化二铝颗粒、纳米二氧化钛颗粒、纳米二氧化硅颗粒或纳米二氧 化锆颗粒。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是无机纳米颗粒的平均粒径为5nm 100nm。其它与具体实施方式一、二或三相同。具体实施方式五本实施方式制备纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交 换膜的方法按以下步骤实现 一、按重量百分比称取5.0% 30%的聚偏氟乙 烯、0.5% 25%的二乙烯苯、0.1% 5.0%的无机纳米颗粒、50% 80%的有机 溶剂、1.0% 40%的甲基丙烯酸縮水甘油酯和0.2% 5.0%的过氧化苯甲酰； 二、超声波震荡的条件下，将称取的无机纳米颗粒加入到称取的有机溶剂中， 然后静置55 65min，再超声波震荡10 30min;三、超声波震荡后加入称取 的聚偏氟乙烯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、二乙烯苯和过氧化苯甲酰均匀混合后， 静置脱泡，得铸膜液；四、在20 3(TC的条件下将铸膜液在玻璃板上制成膜， 自然风干22 26h，然后在60 80'C的条件下干燥1 2h，再放入100 120 'C的条件下反应l 2h，室温下冷却后，放入去离子水中浸泡至膜从玻璃板上 自动脱落，然后将膜自然风干；五、在室温下将膜放入质量浓度为98%的浓硫 酸中浸渍2 4d，然后依次用质量浓度为94%、 65%和40%的浓硫酸清洗，再 用去离子水漂洗；六、将膜放入浓度为lmol/L的NaOH溶液中浸渍22 26h 后用去离子水清洗，即得纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜；其中步 骤一中有机溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤一中按重量 百分比称取10%的聚偏氟乙烯、15%的二乙烯苯、1.0%的无机纳米颗粒、55% 的有机溶剂、17%的甲基丙烯酸縮水甘油酯和2.0%的过氧化苯甲酰。其它步 骤及参数与具体实施方式五相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤二中将称取 的无机纳米颗粒加入到称取的有机溶剂中，然后静置60min，再超声波震荡 20min。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤四中在25 'C的条件下将铸膜液在玻璃板上制成膜，自然风干24h，然后在70。C的条件下干燥1.5h，再放入110。C的条件下反应1.5h。其它步骤及参数与具体实施方式 五相同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤六中将膜放入浓度为lmol/L的NaOH溶液中浸渍24h后用去离子水清洗。其它步骤及参 数与具体实施方式五相同。具体实施方式十本实施方式制备纳米三氧化铝颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜的方法按以下步骤实现 一、按重量百分比称取10%的聚偏氟乙烯、15%的二乙烯苯、1.0%的纳米三氧化铝颗粒、55。/。的N，N-二甲基乙酰胺、 17%的甲基丙烯酸縮水甘油酯和2.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜，其特征在于纳米颗粒填充的有机无机杂化阳离子交换膜按重量百分比由５．０％～３０％的聚偏氟乙烯、０．５％～２５％的二乙烯苯、０．１％～５．０％的无机纳米颗粒、５０％～８０％的有机溶剂、１．０％～４０％的甲基丙烯酸缩水甘油酯和０．２％～５．０％的过氧化苯甲酰制成；其中有机溶剂为Ｎ，Ｎ－二甲基乙酰胺、Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺或二甲亚砜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于水利，左行涛，许霞，暴瑞玲，徐俊，王娟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]