本发明专利技术公开了一种扩散渗析回收碱用有机–无机杂化阳离子交换膜及其制备方法和应用。本发明专利技术的扩散渗析膜，由有机相和无机相组成，所述有机相为聚乙烯醇(PVA)，所述无机相为硅醇和烷氧基硅烷的混合物；该离子交换膜的水含量为38–105%，离子交换能力为0.30–2.10mmol/g，碱渗析系数为0.010–0.025m/h，分离因子为11.3–33.5。由于本发明专利技术直接引入包含有离子交换基团的硅醇获得离子交换能力，因此，反应过程简单、可控；由于全部反应过程在水相进行，无需有机溶剂，反应过程绿色，环境友好；得到杂化阳离子交换膜，机械强度高、热稳定性高，并可应用于碱回收领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于膜
，具体涉及通过溶胶-凝胶法制备面向扩散渗析回收碱用有机-无机杂化阳离子交换膜及其制备方法和应用。
技术介绍
含碱废水广泛存在于造纸，印刷，钨，铝矿冶炼等各种工业过程。传统处理过程普遍存在耗酸多，耗能多等缺点。扩散渗析是一种基于浓度差为推动力的膜分离过程，过程简单，耗能低，在工业上已经得到广泛的应用。目前商用扩散渗析回收碱用阳离子交换膜比较匮乏，制约了扩散渗析在碱回收的方面的应用。《膜科学杂志》(Journalof Membrane Science, 60 (2010) 315-322)报道了聚乙烯醇(PVA)和全氟磺酸共混，然后，添加无机纳米二氧化硅粉体，通过浸溃在聚丙烯晴的支撑 体，得到阳离子交换膜。该方法制备的阳离子交换膜虽然方法简单，但无机组分和支撑体之间缺乏共价键交联，容易脱落。《膜科学杂志》(Journalof Membrane Science, 376 (2011) 233-240 报道了先对聚乙烯醇(PVA)进行磺化，再和磺化聚醚醚酮进行共混，热处理后得到阳离子交换膜。该方法制备的阳离子交换膜的离子交换容量较高，但膜内PVA链之间缺乏共价键交联，稳定性不足。中国专利申请号03131571. 2公布的一种有机-无机杂化阳离子交换膜的制备方法，利用分子链中含巯基的烷氧基硅烷为原料，制备成溶胶在无机基体上涂膜，热处理后对巯基进行氧化。该方法膜中无机-有机成分相容性好，但由于采用了无机基体作支撑体，且需要成膜后氧化才能得到离子交换基团，膜的荷电量不高，缺乏柔韧性，限制了膜在扩散渗析、电渗析等领域的应用。中国专利申请CN201210057066. 5公布了一种制备含有_S03Na基团的有机-无机杂化阳离子交换膜。将含有离子交换基团的单体和烷氧基硅烷单体共聚，进而旋转蒸发浓缩，然后和PVA溶胶-凝胶反应，热处理后成膜。该膜在扩散渗析回收碱领域虽然有应用前景，但由于该制备过程需要先是步骤繁琐，耗时高；其次，该制备过程中使用二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂，价格昂贵，毒性大，污染环境。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，如膜内缺乏共价键交联、膜的稳定性不足、制备步骤繁琐、耗费大量有机溶剂、污染大等问题。有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种用于碱回收的扩散渗析膜。本专利技术的另一目的是提供一种制备上述扩散渗析膜的方法。本专利技术的还一目的是提供上述扩散渗析膜在废碱回收、湿法冶金、金属电解和加工等领域中的应用。为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供的技术方案如下一种用于碱回收的扩散渗析膜，由有机相和无机相组成，所述有机相为聚乙烯醇(PVA)，所述无机相为硅醇和烷氧基硅烷的混合物；该离子交换膜的水含量为38-105%，离子交换能力为O. 30-2. 10mmol/g，碱渗析系数为O. 010-0. 025m/h，分离因子为11. 3-33. 5。优选的，所述聚乙烯醇(PVA)的分子量为800-5000。优选的，所述烧氧基娃烧的化学式表不为[RiU-qSi (R3)q,其中R3表不含I 一 15个碳的烷氧基，R表示为I 一 7个碳的烷基或芳基，q的值为I，2，3或4。优选的，所述硅醇为3-(三羟基硅基)_丙烷磺酸。一种制备上述扩散渗析膜的方法，其包括如下步骤(I) PVA 的溶解将聚乙烯醇(PVA)溶解在水中形成质量浓度为2% -8%的溶液，控制PVA溶液的·温度范围为35-60°C ；(2)膜液的制备按比例向步骤(I)制备的PVA溶液中加入烷氧基硅烷，磁力搅拌后，再加入一定比例的离子交换基团的硅醇和催化剂，升温至60-80°C后，继续搅拌得到均一的膜液；(3)热处理成膜将步骤(2)制得的膜液涂敷在基体上，在室温环境下使涂膜液在基体上干燥至形成均匀稳定的凝胶层即膜片，然后对膜片进行热处理，即可得到所述的有机-无机杂化阳离子交换扩散渗析膜。优选的，步骤(2)中，所述聚乙烯醇与烷氧基硅烷、硅醇的质量比为I :0. I -0.5 :O.I - I ;所述的硅醇与催化剂比例的质量比为I :0. 01 - O. I ；优选的，所述催化剂为氨水、甲酸钠、乙酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾；优选的，所述基体为玻璃板、铝箔、聚四氟乙烯板、聚氯乙烯板、多孔陶瓷片或无纺布；优选的，所述涂膜的方法为刮膜、流涎或涂覆；本专利技术还提供上述扩散渗析膜在废碱回收、湿法冶金、金属电解和加工等领域中的应用。本专利技术所述的方法以PVA溶液和含有离子交换基团的硅醇、含有-S i (OR) 3基团的烷氧基硅烷为原料，进行溶胶-凝胶反应，涂膜后进行热处理，即得到用于碱回收的扩散渗析阳离子交换膜。本专利技术所述的方法与《膜科学杂志》(Journal of MembraneScience, 60 (2010) 315-322)报道的将聚乙烯醇(PVA)和全氟磺酸共混，然后，添加无机纳米二氧化硅粉体，通过浸溃在聚丙烯晴的支撑体，得到阳离子交换膜的方法对比，本专利技术所制备的膜的无机组分与高分子有共价键交联，不会脱落；本专利技术所述的方法与《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science, 342 (2009) 221-226)报道的对 PVA 进行磺化、再和磺化聚醚醚酮进行共混而制备阳离子交换膜的方法相比较，本专利技术所制备的膜内部形成了有机-无机交联网络，膜的稳定性更高；与申请号为03131571. 2的中国专利文件中利用分子链中含疏基的烧氧基娃烧为原料，制备成溶I父在无机基体上涂I吴，热处理后对疏基进行氧化制备杂化阳离子交换膜的方法相比较，本专利技术使用的含有离子交换基团的硅醇和烷氧基硅烷，具有高的离子交换能力和较强的交联能力，因此所制备的膜方法简单、有机-无机组分之间通过共价键交联、相容性好。同时，由于PVA中含有大量的-OH基，分子链柔韧性强，在扩散渗析领域具有高的应用性能；与申请号为CN201210057066. 5的中国专利文件中公开的含有离子交换基团的单体和烷氧基硅烷单体在有机溶剂共聚，进而旋转蒸发浓缩，然后和PVA溶胶-凝胶反应，热处理制备杂化阳离子交换膜的方法相比较，本专利技术使用的直接利用离子交换基团的硅醇和烷氧基硅烷直接与PVA在水相进行溶胶-凝胶反应，毋需有机溶剂，制备过程简单，绿色。总之，本专利技术的扩散渗析膜稳定性好、均一性优良、机械强度高，同时该制备方法步骤简单、可控性强、无需有机溶剂，反应过程绿色，环境友好。具体实施例方式以下通过实施例进一步详细说明本专利技术用于碱回收的扩散渗析膜及其制备方法。一种用于碱回收的扩散渗析膜，由有机相和无机相组成，所述有机相为聚乙烯醇 (PVA，购自于湖北楚盛威化工有限公司)，所述无机相为硅醇和烷氧基硅烷(购自于南京辰工有机硅材料有限公司)的混合物；该离子交换膜的水含量为38 - 105%，离子交换能力为O.30 - 2. 10mmol/g，碱渗析系数为 O. 010 - O. 025m/h，分离因子为 11. 3 - 33. 5。优选的，所述有机相也可以为其他的水溶性高分子聚合物。优选的，所述聚乙烯醇(PVA)的分子量为800-5000。优选的，所述烧氧基娃烧的化学式表不为[RiU—qSi (R3) q,其中R3表不含1-15个碳的烷氧基，R表示为1-7个碳的烷基或芳基，q的值为1，2，3或4 ;本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于碱回收的扩散渗析膜，由有机相和无机相组成，所述有机相为聚乙烯醇，所述无机相为硅醇和烷氧基硅烷的混合物；该离子交换膜的水含量为38–105%，离子交换能力为0.30–2.10mmol/g，碱渗析系数为0.010–0.025m/h，分离因子为11.3–33.5。
【技术特征摘要】
1.一种用于碱回收的扩散渗析膜，由有机相和无机相组成，所述有机相为聚乙烯醇，所述无机相为硅醇和烷氧基硅烷的混合物；该离子交换膜的水含量为38 - 105%，离子交换能力为 O. 30 - 2. 10mmol/g，碱渗析系数为 O. 010 - O. 025m/h，分离因子为 11. 3 - 33. 5。2.根据权利要求I所述的扩散渗析膜，其特征在于，所述烷氧基硅烷的化学式表示为[R]4-qSi (R3),，其中R3表示含I 一 15个碳的烷氧基，R表示为I 一 7个碳的烷基或芳基，q的值为1，2，3或4。3.根据权利要求I所述的扩散渗析膜，其特征在于，所述硅醇为3-(三羟基硅基)-丙烷磺酸。4.制备权利要求1-3任意一项所述扩散渗析膜的方法，其包括如下步骤 (1)PVA的溶解 将聚乙烯醇溶解在水中形成质量浓度为2% - 8%的溶液，控制PVA溶液的温度范围为35 - 60 0C ； (2)膜液的制备 按比例向步骤(I)制备的PVA溶液中加入烷氧基硅烷，磁力搅拌后，再加入一定比例的离子交...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐铜文，郝建文，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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