一种耐用性增强的双极膜的制备方法

技术领域

本发明涉及双极膜技术领域，具体属于一种耐用性增强的双极膜的制备方法。

背景技术

双极膜亦称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H

双极膜的制备方法包括流延、叠合、粘合和热压等，其中流延法的基本过程是在阴离子交换膜层上覆盖一层分散有阳离子交换树脂的聚合物溶液，或者在阳离子交换膜层上覆盖一层分散有阴离子交换树脂的聚合物溶液，经干燥而制得双极膜。也可以直接用液态的离子交换材料，如二-(2-乙烯基-己基)-焦磷酸、三辛基甲基氯化铵等，代替离子交换树脂分散的聚合物溶液。为了使两膜层能结合紧密，在覆盖前可对阴膜层或阳膜层的表面进行粗糙化处理，如砂纸打磨，表面压花(纹)，等离子体表面蚀刻等。但是现有的双极膜的机械性能较差，导致耐用性不足，且双极膜主要使用无机材料制成，导致其槽电压偏高，使用效果不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐用性增强的双极膜的制备方法，克服了现有技术的不足，制备的双极膜的机械性能好，且槽电压低。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种耐用性增强的双极膜的制备方法，包括以下步骤：

首先，称取硅藻酸钠配制成8-10wt％的硅藻酸钠溶液，称取聚乙烯醇配制成5-8wt％的聚乙烯醇水溶液，按体积份数将0.5-0.8份硅酸钠水溶液与0.5-0.8份聚乙烯醇水溶液混合均匀，然后加入0.05-0.09份的乙酰丙酮，搅拌混合，加热至40-50℃密闭保温20-50min，进行减压脱泡，流延风干成膜，然后用8-10％的氯化铁浸泡交联1-3h，用蒸馏水冲洗干净，自然风干，得到阳离子膜；

然后，称取壳聚糖，使用1-5wt％的乙酸水溶液溶解，配制1.0-1.3L的3-5wt％的壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液内加入40-60mL改性剂，搅拌混合均匀，然后在搅拌过程中加入60-80mL的体积分数为3-4％的戊二醛溶液，混合均匀后，经减压脱泡，流延于阳离子膜上，风干后得到双极膜。

优选地，所述的改性剂的制备方法为：将铁源、锌源、碱和水按质量比3:0.2-0.5:0.8:60混合均匀，然后置于高压反应釜内120-180℃反应12-24小时，然后冷却至室温，过滤干燥，得到锌改性氧化铁，然后按重量份将0.3-0.8份锌改性氧化铁与1-5份表面活性剂超声分散于2L水中，然后静置，取上层悬浮液，即为改性剂。

优选地，所述的铁源、锌源、碱为氯化铁、氯化锌、尿素。

优选地，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

优选地，所述的改性剂还包括3-10mL的乙氧基硅氧烷E40。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

1、本发明通过在阳离子膜的制备过程中加入乙酰丙酮，使阳离子膜在交联的过程中能够吸附三价铁离子，使制备的阳离子膜内产生交联孔隙，经水洗后的阳离子膜表面的三价铁离子脱离，使最终的双极膜的亲水能力得到提升，从而降低了双极膜的槽电压。

2、本发明通过使用锌改性氧化铁作为改性剂，使双极膜的机械性能得到了增强，同时双极膜中阴离子膜内的锌改性氧化铁能够在电化学过程中与乙酰丙酮产生电子转移作用，进一步的使双极膜的槽电压得到了降低，同时在锌改性氧化铁的支撑作用下，使双极膜的机械性能得到了提高。

3、本发明通过在双极膜的制备过程中使用乙氧基硅氧烷E40，使乙氧基硅氧烷E40在阴离子膜的形成过程中能够产生桥连作用，乙氧基硅氧烷E40中的线性分子对双极膜的基体增强作用，使双极膜的机械性能进一步的得到了增强，使该方法制备的双极膜的耐用性较好，且乙氧基硅氧烷E40本身具有亲水官能团，使加入乙氧基硅氧烷E40后的双极膜的槽电压不会出现上升的问题。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

称取硅藻酸钠，配制成8wt％的硅藻酸钠水溶液，然后称取聚乙烯醇配制成5wt％的聚乙烯醇水溶液，然后将0.5L硅酸钠水溶液与0.5L聚乙烯醇水溶液混合均匀，然后加入0.08L的乙酰丙酮，搅拌混合，然后加热至50℃密闭保温30min，然后进行减压脱泡，流延风干成膜，然后用10％的氯化铁浸泡交联1h，然后用蒸馏水冲洗干净，自然风干，得到阳离子膜，膜厚79.83um；

称取壳聚糖，使用2wt％的乙酸水溶液溶解，配制1.3L的3wt％的壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液内加入60mL改性剂，搅拌混合均匀，然后在搅拌过程中加入80mL的体积分数为4％的戊二醛溶液，混合均匀后，经减压脱泡，流延于阳离子膜上，风干后得到双极膜，膜厚173.22um。

改性剂采用以下方法制备而成：将氯化铁、氯化锌、尿素和水按质量比3:0.5：0.8:60混合均匀，然后置于高压反应釜内180℃反应12小时，然后冷却至室温，过滤干燥，得到锌改性氧化铁，然后将0.6g锌改性氧化铁与4g十二烷基硫酸钠超声分散于2L水中，然后静置，取上层悬浮液，即为改性剂。

实施例2

称取硅藻酸钠，配制成10wt％的硅藻酸钠水溶液，然后称取聚乙烯醇配制成8wt％的聚乙烯醇水溶液，然后将0.5L硅酸钠水溶液与0.5L聚乙烯醇水溶液混合均匀，然后加入0.08L的乙酰丙酮，搅拌混合，然后加热至50℃密闭保温30min，然后进行减压脱泡，流延风干成膜，然后用10％的氯化铁浸泡交联1h，然后用蒸馏水冲洗干净，自然风干，得到阳离子膜，膜厚80.65um；

称取壳聚糖，使用2wt％的乙酸水溶液溶解，配制1.3L的3wt％的壳聚糖溶液，然后向壳聚糖溶液内加入60mL改性剂，搅拌混合均匀，然后在搅拌过程中加入80mL的体积分数为4％的戊二醛溶液和5mL乙氧基硅氧烷E40，混合均匀后，经减压脱泡，流延于阳离子膜上，风干后得到双极膜，膜厚170.94um。

改性剂采用以下方法制备而成：将氯化铁、氯化锌、尿素和水按质量比2:0.4：0.6:60混合均匀，然后置于高压反应釜内180℃反应12小时，然后冷却至室温，过滤干燥，得到锌改性氧化铁，然后将0.5g锌改性氧化铁与4g十二烷基硫酸钠超声分散于2L水中，然后静置，取上层悬浮液，即为改性剂。

对比例1

与实施例1的区别在于，乙酰丙酮的加入量为0。

对比例2

与实施例1的区别在于，改性剂的加入量为0。

将实施例1-2和对比例1-2中的双极膜进行电性能和机械性能测试，其中电性能测试时，测试双极膜的电流密度为40mA/cm

由以上数据可知本发明通过在阳离子膜的制备过程中加入乙酰丙酮，使该双极膜的槽电压得到了显著的降低，同时本发明在制备过程中加入的改性剂使该双极膜的机械性能得到了显著的提高，且本发明通过在制备过程中加入乙氧基硅氧烷E40，有效的提高了双极膜的杨氏模量及最大载荷，且同时使双极膜的槽电压得到了降低。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。