【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及双极膜，它特别适用于电渗析水裂解工艺。双极膜的效用业已为人们所知，它们能整流交流电、改善脱盐工艺、作为某些生物膜的模拟体、以及从盐中电渗析酸和碱时用来裂解水。其中后一性能是极其有用的，借此可使各种各样可溶性盐通过采用双极膜的电渗析设备而处理成工业上有用的酸和碱。文献中业已报道了由各种不同方法制备的双极膜。例如，借助热和压力，或粘结浆料，使附在惰性基体上的，带有相反电荷的离子交换树脂所形成的两张膜粘结在一起，从而制备双极膜(参见美国专利2，829，095)。美国专利3，372，101和英国专利1，038，777也揭示了一种通过加热和加压而使阴、阳离子交换膜一起熔化，以形成双极膜的方法。也有人描述了在阳离子变换膜上涂以阴离子聚电解质糊，然后使其固化，以得到双极膜。此外，美国专利3，388，080和3，654，125，以及最近的美国专利4，024，043、4，057，481和4，140，815已揭示了用单张聚合物膜来制备双极膜的方法，亦即使其选择性地起作用，在膜的一边呈现选择性的阳离子交换功能，而另一边呈现选择性的阴离子交换功能。美国专利4，116，889中所描述的双极膜显示出良好的机械强度，能在高电流密度下运行。具有高选择渗透性、低电位降、以及稳定的性能。正如上述专利文献所揭示的那样，制备低电位降双极膜的重要因素是阳、阴离子交换膜层之间的紧密接触程度。接触程度必须如此控制，以至膜层之间的相互贯穿不至达到在膜的阳、阴离子选择渗透部分之间产生高阻层的程度。由所揭示的方法产生的双极膜包含分散在聚合物基体中的离子交换树脂，而该基体带有与离子交换树脂电荷相反...
【技术保护点】
一种双极膜，它包括：ａ）包含聚合物反应产物的第一层膜，所说聚合物含有约１．２－３．９毫克当量／克苄基卤和胺，所说反应产物含有从该层聚合物的卤甲基基团衍生得到的季胺基；ｂ）包含聚合物反应产物的第二层膜，所说聚合物含有约２．０－３．９毫 克当量／克苄基卤和胺，所说反应产物含有从该层聚合物的卤甲基基团中衍生得到的季铵基和非季铵基，以及离子交换容量约为３－５毫克当量／克的交联阳离子交换剂，其中，阳离子交换剂所带的电荷与季铵基的电荷相反；ｃ）阳离子交换容量约为１．０－１．６毫 克当量／克的第三层膜。
【技术特征摘要】
US 1986-6-5 871,184书确定的范围内。实施例1本实施例的双极膜由下述典型的方法制备将9.23克的15%苯乙烯-乙烯基苄基氯共聚物(其中乙烯基苄基氯的含量以重量计为35%)溶液与7.6克由3摩尔N，N-二甲基丙二胺和1摩尔N，N，N′，N′-四甲基六亚甲基二胺组成的混合物进行混合。然后将溶液倾注在玻璃板上，并用刮浆刀具使之浇注成25密耳(0.64mm)厚。将浇注液在室温下放置5分钟，以形成凝胶。接着将玻璃板和凝胶置于强制通风的烘箱中，在125℃下保持8分钟，移出后趁热涂以由上述2.13克苯乙烯-乙烯基苄基氯溶液与3.07克浓度为10.4%(以重量计)的阳离子微粒凝胶树脂在N，N-二甲基甲酰胺(可由美国专利4，116，889中实施例1的方法制备)中的悬浮液混合配制而成的混合液，并用刮浆刀具使之成1密耳厚。此后再将膜放回烘箱，3分钟后取出，涂以离子交换容量为1.35毫克当量/克的25%磺化聚苯乙烯-Kraton G 溶液，同时用刮浆刀具使之成8密耳厚。接着又将膜放回烘箱，4分钟后移出。俟其冷却后，将板放在10% NaCl溶液中，几分钟后将膜从板上扯下。该膜在100安培/平方英尺(109毫安/平方厘米)和温度为30℃的0.5M Na2SO4溶液中测得的电位降为1.02伏。实施例2C1和C2的阳离子微粒凝胶树脂的制备在一只2升3颈瓶中放入1200毫升水，并将其置于60℃恒温浴中。用氮气除去水中的气体，除气时间为1小时。然后加入18克十二烷基硫酸钠，同时进行搅拌，使之溶解，接着再加入3.0克K2S2O8。5分钟后，又加入210克蒸馏过的苯乙烯和120克二乙烯基苯(未经处理)。在60℃下进行聚合19小时(1小时后因放热而使温度升高到63℃)。将聚合混合物加到5升10% NaCl溶液中，并予以过滤，然后用3升水洗涤2次。接着聚合物再用甲醇洗二次，每次用量3升，再经过滤予以收集，在60℃下干燥后得到300克聚合物。在混合器内，使60克上述P(S-DVB)悬浮在600毫升1，2二氯乙烷(DCE)中。在搅拌下将DCE/共聚物悬浮液加到氯磺酸(240毫升)的DCE(360毫升)溶液中。添加过程持续10分钟。添加完毕后继续反应1小时。然后将反应混合物倾入3升碎冰中。产物经过滤收集后，再悬浮在4.5升水中，加热沸腾，直至除去DCE。将悬浮液过滤，以收集树脂。使所得树脂悬浮在3升水中，再用过滤进行收集。接着使滤饼分散在在900毫升DMF中，在真空下(500mm)蒸出水分。放置24小时后，出沉降物上面的液体，该液体即为10%的树脂在DMF中的悬浮液。实施例3本实施例的双极膜由下述方法制备将11.92克的15%苯乙烯-乙烯基苄基氯共聚物(其中乙烯基苄基氯含量以重量计为35%)溶液与由3摩尔N，N-二甲基-1，3-丙二胺和1摩尔N，N，N′N″四甲基-1，6-六亚甲基二胺配制而成的0.98混合物进行混合。然后将溶液倾在玻璃板上，用刮浆刀使之铺展成25密耳(0.64毫米)厚。使上述浇注溶液在室温下放置5分钟。接着将载有浇注层的板在125℃烘箱中放置8分钟。此后用刮浆刀在这第一层膜上涂以下述组成的混合物亦即它由7.74克聚苯乙烯-异戊间二烯-乙烯基苄基氯的三元共聚物(其中30%乙烯基苄基氯，12%异戊二烯，以上均为重量百分数)，和11.07克的10.5%(以重量计)阳离子微粒凝胶在N，N-二甲基甲酰胺(例如可由实施例2的方法制备)中的悬浮液配制而成。这一涂层被浇注成5密耳厚。以上涂层再在125℃烘箱中放置3分钟后，涂以8密耳厚的由10.92克的10%(以重量计)高分子量聚氯乙烯溶液与3.48克的11%(以重量计)阳离子微粒凝胶树脂在二甲基甲酰胺中的悬浮液配制而成的混合物。将上述形成的三层膜在125℃烘箱中放置4分钟后移出。俟其冷却，将板放入10%(以重量计)NaCl溶液中，几分钟后从板上将膜扯下。所制得的膜在100安培/平方英尺(109毫安/平方厘米)和30℃的0.5M Na2SO4溶液中测得的电位降为0.99伏。实施例4本实施例的双极膜按下述方法制备将8.83克的15%(以重量计)苯乙烯-乙烯基苄基氯共聚物(其中乙烯基苄基氯的含量以重量计为35%)溶液与0.73克由3摩尔N，N-二甲基丙二胺和1摩尔N，N，N′，N′-四甲基-1，6-己二胺配制而成的混合物进行混合。然后将溶液倾在现璃板上，用刮浆刀具使之浇注成25密耳的厚度(0.64mm)。浇注液在室温下放置5分钟后，将载有浇注层的板在125℃烘箱中放置8分钟。取出后，在所形成的涂层上用刷子涂以由1.90克苯乙烯-二乙烯基苯(以重量计为15%)乙烯基苄基氯(以重量计为50%)的三元共聚物由11%(以重量计)阳树脂的DMF溶液和10%(以重量计)高分子量聚氯乙烯溶液混合配制而成的混合液在125℃的烘箱中放置3分钟后取出。在这二层涂层上面再用刮浆刀涂以含有9.67克的10%高分子量聚乙烯基氯溶液和3.07克的11%(以重量计)阳离子交换树脂在二甲基甲酰胺中的悬浮液的第三层涂层。经在125℃烘箱中放置4分钟后取出。冷却后的膜在电流强度为100安培/平方英尺(109毫安/平方厘米)，温度为30℃的0.5摩耳Na2SO4溶液中测得的电位降为1.16伏。实施例5磺化反应将475克的7.5%(以重量计)Kraton G的二氯乙烷(DCE)溶液和1175克的15%(以重量计)聚苯乙烯的DCE溶液加到装有搅拌器的2升3颈圆底烧瓶中。混合物在50℃水浴上搅拌一些时间后，用移液管加入75毫升乙酸酐，约10分钟后添加完毕，再用漏斗在10分钟左右时间内滴加40克98%(以重量计)硫酸，反应物在50℃温度下保持3小时后，将反应混合物转移到一只3升烧杯中。接着加入125毫升甲醇和1升DMF。用旋转蒸发器除去反应混合物中的DCE后，剩下粘性的磺化聚合物的DMF溶液。将一部份上述磺化聚合物在玻璃板上浇注成25密耳(0.64mm)的厚度(宽25.4cm，长50.8cm)。浇注液在100℃下干燥10分钟后，浸在水中，使所成膜与板脱开。然后使其与1升0.1M NaOH反应4小时，接着再与水反应4小时。由此生成的以钠盐形式的膜置于90℃烘箱中干燥过夜。此后将10克膜溶于30克DMF中，所得25%溶液即可用来制备下述实施例6和7中所述的双极膜。实施例6本实施例的双极膜按下述方法制备。首先制备双极膜的阴离子层，即将10.075克聚(苯乙烯-35%重量浓度的乙烯基苄基氯)共聚物[P(S-VBC35)]与二甲基甲酰胺(DMF)混合而成的15%(以重量计)溶液中加入N，N-二甲基-1，3-丙二胺(DNPDA)与N，N，N′，N′-四甲基-1，6-己二胺(TMHMDA)的摩尔比为3∶1的混合物0.83克，然后将含有混合胺的溶液铺展在基片上，使之达到约25密耳的厚度。浇注液在室温下放置30分钟左右后，在125℃烘箱中干燥约3分钟，以形成阴离子交换层。在其上面用刷子涂以由2.069克P(S-VBC35)的DMF溶液和3.041克的10.2%(以重量计)阳离子交换树脂在DMF中的悬浮液所组成的混合物，此后在125℃烘箱中加热8分钟左右，以形成第二层膜。接着将6.583克部分磺化的聚苯乙烯与浓度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克，P克莱达，雷明嘉，
申请(专利权)人：联合公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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