改性聚乙烯亞胺/聚丙烯酸鈉雙極膜制備方法
【專利說明】一種納米Zn2+-T i O2改性聚乙烯亞胺/聚丙烯酸鈉雙極膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[000?]本發(fā)明公開了一種納米Zn2+_Ti02改性聚乙稀亞胺/聚丙稀酸鈉雙極膜制備方法，屬于雙極膜領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]雙極膜(BPM)是20世紀后期發(fā)展起來的一種新型的離子交換復(fù)合膜，由均相的陽膜(CM)和陰膜(AM)及中間界面層(即陽、陰兩膜層內(nèi)側(cè)及其鄰近區(qū)域)所組成。在直流電場作用下(當跨膜電壓為IV時，中間界面層中的電場強度可高達18?19V-Hf1)，雙極膜中間界面層中的水將解離成氫離子和氫氧根離子。近年來，BPM技術(shù)在環(huán)境保護、生物化工和海洋化工等諸多領(lǐng)域中的應(yīng)用取得了迅速發(fā)展。
[0003]雙極膜有的陰、陽離子交換層必須具有高的選擇透過性，這樣才能有效地把水解離產(chǎn)生的的Η+、0Η—迀移到膜外溶液中，膜外溶液中的水分也必須能及時地滲透補充到中間層，另外還要求膜薄而機械強度高、低電阻耐高電流密度、水解離電壓小、效率高等條件。對雙極膜陰、陽膜層進行改性，不但可以提高陰、陽膜層的性能，而且可引起陰、陽膜層內(nèi)側(cè)的中間界面層結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而促進其中水的解離，達到降低雙極膜的膜阻抗與跨膜壓降，降低能耗和生產(chǎn)成本的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對目前制成雙極膜的材料使用久后陰陽層會相互穿透，而且機械穩(wěn)定性不強，膜層結(jié)合不夠牢固，會有剝離脫落的現(xiàn)象產(chǎn)生的問題，提供了一種納米Zn2+-T12改性聚乙烯亞胺/聚丙烯酸鈉雙極膜制備方法，本發(fā)明在鑄膜液中添加制得的納米Zn2+-T12粉末，形成的雙極膜可以改變雙極膜中間界面層的屬性，消弱水的結(jié)合力，增加中間層的親水性，從而促進水的解離，降低膜電壓，并且使中間層附著力增強，不易溶解或者脫落，制得的雙極膜既要保證陰陽層不能相互穿透，又要機械穩(wěn)定性強，與膜層牢固結(jié)合，不能剝離。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)稱取13?15g純鋅粒于500mL的燒杯中，向燒杯中加入160?180mL去離子水和160?180mL質(zhì)量分數(shù)98%硝酸，放在35?40°C電熱板上進行加熱，并同時進行攪拌至固體溶解，溶解后繼續(xù)攪拌加熱至溶液體積濃縮至160?180mL，停止加熱冷卻至室溫，將溶液移入2L容量瓶中，加去離子水稀釋至刻度；
(2)向500mL的三口燒瓶中，分別量取40?50mL無水乙醇、10?15mL冰醋酸和5?7mL上述稀釋后溶液，用磁力攪拌機攪拌5?1min，量取15?20mL鈦酸丁酯和45?50mL無水乙醇裝入分液漏斗中，搖晃均勻后在攪拌的條件下緩慢滴加在三口燒瓶中，攪拌至滴加完畢，之后放入室溫下靜置30?40min，形成均勻透明的溶膠，將溶膠陳化I?2h，陳化后過濾去除上清液，將下層凝膠進行自然風干，風干后研磨成170?180目粉末，將粉末放入140?150°C的烘箱中干燥I?2h，干燥后的粉末再放入馬弗爐中，設(shè)置450?550°C進行焙燒80?90min，焙燒后研磨、過篩得納米Zn2+-T12粉末；
(3)稱取9?15g聚乙稀亞胺于燒杯中，向杯中加入280?350mL去離子水，再加入5?1g聚乙烯、0.3?0.5mL戊二醛，放入60?7 5°C的水浴中，攪拌至固體溶解，再用超聲波脫泡5?8min，得到透明膜液，流延于平整的培養(yǎng)皿中，在室溫下風干成膜，蒸餾水沖洗3?5次，自然風干，即得聚乙烯-聚乙烯亞胺陰離子交換膜；
(4)稱取I?3g聚丙烯酸鈉，加入300?350mL去離子水，快速攪拌均勻，再加入3?8g聚乙稀、0.2?0.5g氯化鉀、3?5滴丙酮于燒瓶中，再加入100?120mL蒸饋水，攪拌至溶解得透明溶液，稱取0.5?0.7g步驟(2)得到的納米粉末于溶液中，再加入50?70mL無水乙醇，用超聲波分散15?20min，分散后減壓脫泡15?25min，得到陽離子鑄膜液；
(5)將上述陽離子鑄膜液噴涂至干燥后的陰離子交換膜上，噴涂均勻后將其放入空氣中自然干燥完全，即可得到雙極膜。
[0006]本發(fā)明的應(yīng)用方法:將本發(fā)明制得的雙極膜可以應(yīng)用在酸堿的制備與回收，離子交換樹脂的再生，鉀鈉無機礦物鹽工業(yè)中K、Na，的轉(zhuǎn)化，制備高純水及海洋化工等，將雙極膜技術(shù)應(yīng)用于精細有機化工中，可制備回收各種有機酸堿、氨基酸、蛋白質(zhì)等高附加值的產(chǎn)品，具有巨大的經(jīng)濟效益。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明制得的雙極膜既要保證陰陽層不能相互穿透，又要機械穩(wěn)定性強，與膜層牢固結(jié)合，不能剝離；
(2)本發(fā)明制得的雙極膜強親水性，利于鹽水擴散，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
[0008]首先稱取13?15g純鋅粒于500mL的燒杯中，向燒杯中加入160?180mL去離子水和160?180mL質(zhì)量分數(shù)98%硝酸，放在35?40°C電熱板上進行加熱，并同時進行攪拌至固體溶解，溶解后繼續(xù)攪拌加熱至溶液體積濃縮至160?ISOmL，停止加熱冷卻至室溫，將溶液移入2L容量瓶中，加去離子水稀釋至刻度；向500mL的三口燒瓶中，分別量取40?50mL無水乙醇、10?15mL冰醋酸和5?7mL上述稀釋后溶液，用磁力攪拌機攪拌5?lOmin，量取15?20mL鈦酸丁酯和45?50mL無水乙醇裝入分液漏斗中，搖晃均勻后在攪拌的條件下緩慢滴加在三口燒瓶中，攪拌至滴加完畢，之后放入室溫下靜置30?40min，形成均勻透明的溶膠，將溶膠陳化I?2h，陳化后過濾去除上清液，將下層凝膠進行自然風干，風干后研磨成170?180目粉末，將粉末放入140?150°C的烘箱中干燥I?2h，干燥后的粉末再放入馬弗爐中，設(shè)置450?550°C進行焙燒80?90min，焙燒后研磨、過篩得納米Zn2+-T12粉末;稱取9?15g聚乙烯亞胺于燒杯中，向杯中加入280?350mL去離子水，再加入5?1g聚乙稀、0.3?0.5mL戊二醛，放入60?75°C的水浴中，攪拌至固體溶解，再用超聲波脫泡5?8min，得到透明膜液，流延于平整的培養(yǎng)皿中，在室溫下風干成膜，蒸餾水沖洗3?5次，自然風干，即得聚乙烯-聚乙烯亞胺陰離子交換膜;稱取I?3g聚丙烯酸鈉，加入300?350mL去離子水，快速攪拌均勻，再加入3?8g聚乙稀、0.2?0.5g氯化鉀、3?5滴丙酮于燒瓶中，再加入100?120mL蒸饋水，攪拌至溶解得透明溶液，稱取0.5?0.7g納米粉末于溶液中，再加入50?70mL無水乙醇，用超聲波分散15?20min，分散后減壓脫泡15?25min，得到陽離子鑄膜液;將陽離子鑄膜液噴涂至干燥后的陰離子交換膜上，噴涂均勻后將其放入空氣中自然干燥完全，即可得到雙極膜。
[0009]實例I
首先稱取13g純鋅粒于500mL的燒杯中，向燒杯中加入160mL去離子水和160mL質(zhì)量分數(shù)98%硝酸，放在35°C電熱板上進行加熱，并同時進行攪拌至固體溶解，溶解后繼續(xù)攪拌加熱至溶液體積濃縮至160mL，停止加熱冷卻至室溫，將溶液移入2L容量瓶中，加去離子水稀釋至刻度；向500mL的三口燒瓶中，分別量取40mL無水乙醇、1mL冰醋酸和5mL上述稀釋后溶液，用磁力攪拌機攪拌5min，量取15mL鈦酸丁酯和45mL無水乙醇裝入分液漏斗中，搖晃均勾后在攪拌的條件下緩慢滴加在三口燒瓶中，攪拌至滴加完畢，之后放入室溫下靜置30min，形成均勻透明的溶膠，將溶膠陳化lh，陳化后過濾去除上清液，將下層凝膠進行自然風干，風干后研磨成170目粉末，將粉末放入1400C的烘箱中干燥Ih，干燥后的粉末再放入馬弗爐中，設(shè)置450°C進行焙燒80min，焙燒后研磨、過篩得納米Zn2+-T12粉末;稱取9g聚乙烯亞胺于燒杯中，向杯中加入280mL去離子水，再加入5g聚乙烯、0.3mL戊二醛，放入60°C的水浴中，攪拌