專利名稱：快離子電極電性膜水處理裝置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快離子電極電性膜水處理裝置方法，是將快離子導(dǎo)電聚合物聚合成快離子導(dǎo)電的電性膜，該膜在電場作用下能夠滲透分離電解質(zhì)，使用了該快離子電性膜的制備方法以及快離子電極的制備方法，并將該快離子電性膜和快離子電極構(gòu)成水處理裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
目前在廢水處理應(yīng)用中研究涉及的膜都是通用的離子交換膜，還沒有見到將快離子導(dǎo)電聚合物聚合成導(dǎo)電的、并能夠滲透分離電解質(zhì)的快離子電性膜，以及將電性膜與快 離子電極構(gòu)成快離子電極電性膜水處理裝置。眾多的研究表明，現(xiàn)有研究的電滲析器用的離子交換膜分為二大類一類是由陽離子交換樹脂粉和陰離子交換樹脂粉聚合而成異相離子交換膜；另一類是由帶陽離子聚合物和帶陰離子聚合物聚合而成的均相離子交換膜。這些公知的電滲析膜具有可滲析低分子量電解質(zhì)的功能，但是它們不能滲析非電解質(zhì)或?qū)Υ朔N電解質(zhì)的滲析速率非常低，另外現(xiàn)有技術(shù)中的電滲析膜仍然存在著電解質(zhì)滲析率低、滲析速度慢、易結(jié)垢、不耐有機和無機污染物的污染等問題。用現(xiàn)有技術(shù)制備出的一種電滲析膜的方法，已有很多文獻(xiàn)提出使用與離子交換膜相反電荷物質(zhì)對陽離子交換膜和陰離子交換膜進(jìn)行表面處理，使膜表面的抗有機污染性能得到改良。但用上述與離子交換膜相反電荷物質(zhì)對陽離子交換膜和陰離子交換膜進(jìn)行表面處理的方法中，即使膜表面的抗有機污染性能得到改良，但膜的固有緊密性和電滲透性并未得到改變。然而該方法在處理膜時會出現(xiàn)膜的表面積因溶劑的溶脹和收縮而改變膜的原始基質(zhì)問題，因為絕大多數(shù)電滲析離子交換膜組分是離子型聚合物，而且用此種方法對膜表面進(jìn)行處理時會使膜發(fā)生收縮或強度降低。用上述方法對膜表面進(jìn)行處理的方法存在的另二個問題是，其一是由于絕大多數(shù)制膜組分是有機聚合物，因有機離子型聚合物導(dǎo)電性差，電離的平衡導(dǎo)致電勢能減弱，電解質(zhì)的電性分離功能同時減弱，使電解質(zhì)分離功能降低。其二是制膜組分的離子型聚合物是不良導(dǎo)電體，膜的電解質(zhì)電滲析性能差導(dǎo)致大部分電解質(zhì)離子完全靠電能推動形成電滲析來滲析電解質(zhì)，導(dǎo)致能耗高，膜容易發(fā)生極化。在水處理領(lǐng)域中，用傳統(tǒng)電滲析器處理水時存在如下問題一是電滲析器只能對水中電解質(zhì)進(jìn)行分離(如酸堿的回收)，對水中的有機污染物幾乎沒有降解作用，對不導(dǎo)電的無機離子分離性能差，且極易被無機離子污染結(jié)垢。二是傳統(tǒng)電滲析器所用電極為金屬鈦涂釕銥金屬氧化物層，電極的導(dǎo)電性不好，涂層表面積低，易脫落，使用壽命短，因此導(dǎo)致整套裝置存在電流效率低，易形成極化。上述問題的存在，使得電滲析在廢水處理應(yīng)用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述傳統(tǒng)電滲析器用的離子交換膜和電極的技術(shù)不足，本發(fā)明的目的是提供一種將導(dǎo)電聚合物聚合成的快離子電性膜，由快離子導(dǎo)體多孔基體材料負(fù)載在金屬網(wǎng)中而成電極?？祀x子電性膜，是先將導(dǎo)電聚合物聚合成快離子導(dǎo)電聚合物納米顆粒負(fù)載在聚乙烯網(wǎng)基體材料上，這種快離子電性膜電荷質(zhì)量高且導(dǎo)電性能好，能形成既導(dǎo)電又不致電荷間有短路問題，具有較好的離子電滲透性，對水中的I價和多價離子都有很好的電滲選擇遷移性能，該方法的膜易于制備。同時提供了一種制備厚度薄而均勻的負(fù)載電荷質(zhì)量高、導(dǎo)電性能好的快離子電性膜方法，其成膜時間短并且過程易于掌控。因此，這種快離子導(dǎo)電聚合物組分和基體組成的電性膜具有優(yōu)異穩(wěn)定性。
膜分離的共同特點是膜的滲透和傳輸機理取決于推動力的種類和推動力的大小、膜材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及被分離物質(zhì)和膜材料的物理化學(xué)性質(zhì)，膜分離的推動力可以是壓差、濃度差、電位差、溫差、PH值差?？祀x子電極電由導(dǎo)電導(dǎo)體多孔基體材料負(fù)載在金屬網(wǎng)中而成電極，是將幾種有機和無機聚合物經(jīng)合成為快離子導(dǎo)體膠體，再將膠體負(fù)載在金屬網(wǎng)中，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成快離子電極，快離子電極具有在電能作用下產(chǎn)生氧化性很強的能降解水中有機污染物的活性物質(zhì)，還能在由快離子電極與快離子電性膜構(gòu)成快離子電極電性膜水處理裝置。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明是將膜分離所需的推動力濃度差、電位差組合在一起的高性能電解質(zhì)分離電性膜。本發(fā)明的導(dǎo)電的快離子電性膜可用于選擇透過電解質(zhì)，主要用于降低水中的硬度(礦化度)，去除水中無機和有機污染物。本發(fā)明的快離子電性膜，是導(dǎo)電聚合物多孔基體材料為基體的和陽離子與陰離子聚合物組分分別形成膜的導(dǎo)電體帶電荷的聚合物膠體組分，該組分均為凝膠交聯(lián)粒狀導(dǎo)電聚合物，并且其基體組分選自一至數(shù)種聚氨基甲酸甲酯樹脂、氟化隆樹脂、呋喃樹脂的聚合物組成。本導(dǎo)電的快離子電性膜的制備方法，是導(dǎo)電的快離子電性膜使用以組合物形式存在的快離子導(dǎo)電聚合物和兩種帶電荷的陰陽離子聚合物組分成膜，其中荷電的兩種聚合物組分分散在至少一種聚合物的溶液中，該聚合物作為基體組分選自氟化隆樹脂、聚氨基甲酸甲酯樹脂、呋喃樹脂的聚合物并溶解在溶劑中。另外，在本發(fā)明中每種帶電荷的導(dǎo)電聚合物組分優(yōu)選的平均顆粒尺寸為O. 01-18 μ m,優(yōu)選為O. 02-8 μ m范圍內(nèi)?？捎糜诒景l(fā)明的制備導(dǎo)電的快離子電性膜材料，導(dǎo)電的快離子導(dǎo)體聚合物和帶電荷的聚合物組分的實例包括作為導(dǎo)電的快離子的是導(dǎo)電聚合物，作為陽離子導(dǎo)電聚合物組分含有陽離子基團如伯一叔氨基、季銨基或其鹽的基團。而作為陰離子導(dǎo)電聚合物組分包含陰離子基團如磺酸基或磺酸鹽的基團。在將浸入膜中的離子基團轉(zhuǎn)換為其鹽時，可用一種酸作為陽離子基團，如硫酸或硫酸鹽；同時可用一種堿作為陰離子基團，如胺或鏈烷醇胺?？祀x子電性膜材料成膜前的配制液是通過下述方法制備的首先將導(dǎo)電聚合物合成快離子導(dǎo)電聚合物，使快離子導(dǎo)電聚合物和荷電聚合物組分和在有機溶劑中的基體組分溶液相混合，以便使快離子導(dǎo)電聚合物與荷電聚合物組分分散在該溶液中。在混合快離子導(dǎo)電聚合物和荷電聚合物組分時，在優(yōu)選使用有機溶劑中形成的分散液將荷電聚合物組分在有機溶劑的基體組分溶液中混合和分散的方法沒有特別限制，例如超聲攪拌方法，在溶解器或均勻混合器、或攪拌器中均可以用來進(jìn)行混合和分散。本發(fā)明的快離子電性膜可用于選擇性滲透電解質(zhì)。例如，本發(fā)明的快離子電性膜可用于低分子量的電解質(zhì)如氯化鈉、氯化鉀、硫酸鈉、磷酸鈉和氯化鈣、氯化鎂的脫鹽，也可用于鹽酸、乙酸和氫氧化鈉的去離子。特別是，本發(fā)明的快離子電性膜設(shè)備可在工業(yè)用水、高礦化度水等水處理中用于脫鹽。下面將通過實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，除非特別說明以外，其中“份”或“份
數(shù)”和是基于重量的。
具體實施方式

實施例一I、電性膜用導(dǎo)電陰離子聚合物的配制
苯乙烯200份
二乙烯基苯15.0份
氟化隆樹脂18份
過硫酸鉀5.0份
聚氨基甲酸甲酯60份
十二烷基硫酸鈉60份
水1000份在氮氣流下，將上述組分裝在燒瓶中，并在55°C下聚合10小時。收集所得到的粒狀聚合物，而后用5000份溫水和2000份甲醇徹底洗滌，以從交聯(lián)粒狀聚合物的表面上除去表面活性劑。將交聯(lián)粒狀聚合物分散在水中，以制備分散體，再將所得到的導(dǎo)電陰離子聚合產(chǎn)物在O °C下凍干。2、電性膜用導(dǎo)電陽離子聚合物的配制
苯乙烯11.0份
聚丙烯酸丁酯6.0份
對苯二甲酰氯樹脂、49份
乙烯基苯16份
過硫酸胺2.0份
水1000份在氮氣流下，將上述組分裝在燒瓶中，并在70°C下聚合9小時。如此獲得的交聯(lián)粒狀聚合物通過從丙酮一甲醇水中析出的方式來提純，所得到的導(dǎo)電陽離子聚合物0°c下凍干3、快離子電極導(dǎo)電聚合物的制備
聚苯胺110份
聚丙烯酸丁酯60份
鈦酸丁脂40份
三氯化錫16份
丙二醇50份
鹽酸40份
水1000份在氮氣流下，將上述組分裝在燒瓶中，并在70°C下聚合9小時。如此獲得的交聯(lián)粒狀聚合物通過從丙烷中析出的方式來提純，所得到的快離子電極導(dǎo)電多孔基體聚合物材料，在o°c下凍干備用。實施例二I、快離子電性膜的制備(I)將導(dǎo)電陰離子導(dǎo)電聚合物分散在甲基丙烯酸丁脂300份中攪拌2小時得到分散液，密封備用。所得到的分散液聚合制備乳膠狀涂料，該涂料用涂布機涂覆在涂有聚丙烯樹脂的脫模紙上。并使聚酯無紡布與涂覆表面緊密接觸，然后用熱空氣干燥，從而獲得本發(fā)明的快離子電性膜陰膜，該膜的面積大小根據(jù)需要而定。(2)將導(dǎo)電陽離子導(dǎo)電聚合物分散在五甲基二甲酰胺300份中攪拌2小時得到分散液，密封備用。所得到的分散液聚合制備乳膠狀涂料，該涂料用涂布機涂覆在涂有聚丙烯樹脂的脫模紙上。并使聚酯無紡布與涂覆表面緊密接觸，然后用熱空氣干燥，從而獲得本發(fā)明的快離子電性膜陽膜，該膜的面積大小根據(jù)需要而定。2、快離子電極的制備將快離子電極導(dǎo)電多孔基體聚合物材料負(fù)載在金屬鈦網(wǎng)中，在氬氣保護下經(jīng)1300°C高溫?zé)Y(jié)3h而成快離子電極，快離子電極具有在電能作用下產(chǎn)生氧化性很強的能降解水中有機污染物的活性物質(zhì)，還能在由快離子電極與快離子電性膜構(gòu)成快離子電性膜水處理設(shè)備實施例三
I、快離子電極電性膜水處理裝置的制備方法將實施例二方法制備的快離子電性膜按需要面積大小裁剪成方形，裝配在兩端封閉了的內(nèi)嵌有實施例二方法制備的快離子電極的二個方形的塑料電極框中，電極框中由若干張(或I至1000張)快離子電性膜及100目的塑料網(wǎng)框交替裝配組合而成電性膜水處理設(shè)備，塑料網(wǎng)框設(shè)有布水道，每個交替組合之間有個折流水道用于提高裝置的脫鹽率保證出水水質(zhì)要求，裝置中配有水泵，組裝成快離子電極電性膜水處理裝置?！?br> 權(quán)利要求
1. 一種快離子電極電性膜水處理裝置方法，其特征在于 (1)電性膜用導(dǎo)電陰離子聚合物的配制
全文摘要
本發(fā)明提供了一種快離子電極電性膜水處理裝置方法，由導(dǎo)電聚合物聚合成快離子電性膜，快離子電性膜對水中的1價和多價離子都有很好的電滲選擇遷移性能，是將膜分離所需的推動力壓力差、濃度差、電位差組合在一起的高性能電解質(zhì)分離膜。由快離子導(dǎo)體多孔基體材料負(fù)載在金屬網(wǎng)中而成電極，將快離子電性膜和快離子電極構(gòu)成快離子電極電性膜水處理裝置，裝置可用于低分子量電解質(zhì)如氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂的脫鹽，也可用于鹽酸、乙酸和氫氧化鈉的去離子以及水中有機物的去除。
文檔編號B01D61/44GK102814122SQ20121031422
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者許裕金 申請人:許裕金, 北京華油興業(yè)能源技術(shù)有限公司