第一情报 ---化学工业

基于聚苯醚基材的均相阴离子交换膜的研发

供稿人:吴春莹  供稿时间:2019-1-31   关键字:聚苯醚  均相阴离子交换膜  溴化  

离子交换膜就其本质而言是一种膜状的离子交换树脂,也是含有活性交换基团的高分子聚电解质。由于离子交换膜能够实现离子的选择性迁移,可以进行离子物系的分离分级,这在清洁生产、环境保护、能量转化和组成等方面发挥重要作用,特别适合于现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要,成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分,在绿色和环境化工中具有十分广泛的应用前景。

根据离子交换功能基团种类的不同,离子交换膜分为阴离子交换膜和阳离子交换膜两种。由于阴离子交换膜在海水(微咸水)脱盐、自来水脱硬、电渗析、扩散渗析、电化学传感和燃料电池等方面有着广泛的应用,其使用和开发一直备受关注。均相阴离子交换膜因其自身结构中固定的离子交换基团与膜主体通过化学键连接的特点,具有结构均匀、电阻小和性能稳定等优点,在电渗析和燃料电池领域得到广泛的应用。

传统的阴离子交换膜制备方法中,最重要的一步是氯甲基化,需要使用剧毒物质氯甲醚。因此,各国研究者纷纷致力于开发避免使用氯甲醚的阴离子交换膜制备路线,并提出了环氧基团与胺交联反应生成膜、利用聚合物侧链的氯甲基基团、使用长链卤甲基烷基醚作为卤甲基化试剂等制备方法。

中国科技大学徐铜文教授领导的团队提出了用溴化代替氯甲基化的均相阴离子交换膜制备新路线,其基于聚苯醚基材,通过对该聚合物苯环上的甲基溴化处理产生溴甲基基团,与不同胺进行功能基化或交联反应,获得不同功能基团的系列均相阴离子交换膜。2019年1月,由中国科技大学、山东天维膜技术有限公司和杭州水处理技术研究开发中心有限公司的研究人员共同完成的“均相离子膜制备关键技术及应用”项目荣获2018年度国家技术发明奖二等奖,聚苯醚溴化-胺化均相阴离子膜材料制备关键技术是项目的主要发明成果之一。下文通过获奖项目的相关专利对所述阴离子膜制备方法予以揭示。

专利CN1978038B公开了均相阴离子交换膜的制备方法,包括铸膜液的制备、成膜和胺化,特征是通过傅-克反应使高分子主链上含有苯环且苯环上接有推电子基团包括甲基、羟基或甲氧基的高聚物进行卤代酰基化;所得产物经醇类先溶解再沉淀的步骤纯化,再溶解于相应的良溶剂中形成铸膜液,静置脱泡,在基体上刮膜并在室温下自然成膜,干燥;再将此膜在胺溶液中胺化,取出干燥即得到均相阴离子交换膜。该发明方法快速、简单,原料来源方便,避免了使用致癌物质氯甲醚,可广泛应用于电渗析法对稀盐溶液进行浓缩或脱盐、作为湿法冶金工业中的电解隔膜、作为酸回收的扩散渗析膜、作为阴离子选择电极、作为碱性燃料电池隔膜等工业领域。

专利CN101306331B提供了均相阴离子交换膜及其制备方法,特征是以氯甲基化苯乙烯、苯乙烯或/和烷基苯乙烯为单体,以二乙烯苯为交联剂,以过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈为引发剂,以溴甲基化聚(1,4-二甲基2,6-苯撑氧)或氯乙酰化聚(1,4-二甲基2,6-苯撑氧)为高分子增强剂,配制成均匀溶液在增强织物上涂膜,聚合所得基膜先预处理再季铵化即获得均相阴离子交换膜。由于该发明采用芳香聚合物季铵化获得功能基团,所得阴离子交换膜交换容量高、电化学性能好、结构均匀、耐热性好;由于浆液为均相,涂浆容易;作为溶剂的单体可以聚合,是绿色无溶剂化的工艺;且可调节聚合物含量、交联度、改变支撑物的种类来得到不同结构形态和功能的产品。

专利CN105903357B涉及一种均相阴离子交换膜及其制备方法,其特征在于首先将高分子增强剂溶于由对氯甲基苯乙烯和苯乙烯构成的混合溶液中,随后依次加入带端烯基的咪唑类小分子和不带端烯基的咪唑类小分子,搅拌均匀得到季胺化的膜液;然后将膜液涂在涂膜板上,加热固化,即获得阴离子交换膜。该发明的方法操作简便、迅速和安全;制得的膜具有均相性能稳定、离子交换容量高、机械强度高、韧性好等特点,可系列化开发,满足不同应用领域的需要。

 

相关链接

1.吴亮.聚合物基均相离子交换膜的制备、表征及离子传导特性研究.中国博士学位论文全文数据库,2009.

2.孙宏伟,张国俊.化学工程:从基础研究到工业应用.中国科学:化学,2014,44(9):1375-1384.

3.中国科学技术大学.一种均相阴离子交换膜的制备方法.CN1978038B.

4.中国科学技术大学.一种均相阴离子交换膜及其制备方法.CN101306331B.

5.中国科学技术大学.一种均相阴离子交换膜及其制备方法.CN105903357B.

 


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