[其他]離子交換網膜制法及用途

在審

• 申請號: 101987000004382
• 申請日: 1987-06-25
• 公開（公告）號: CN87104382B
• 公開（公告）日: 1988-10-05
• 發明（設計）人: 江維達;李東
• 申請（專利權）人: 國家海洋局杭州海水淡化和水處理技術開發中心
• 代理公司: 國家海洋局專利事務所
• 代理人: 崔立增;劉小強

本發明是一種多功能離子交換網膜，兼有離子交換膜和隔板兩者特征和功能。它由具有一定交聯結構、能導入活性基團的具有熱塑性成型加工的高聚物電介質所制成。網膜中央部分凹凸不平，起到促進液體湍流作用。采用本發明的離子交換網膜組裝的電滲析裝置，其結構和性能均有顯著改進，用于分離、脫鹽、濃縮和提純等方面，能明顯提高功效。

本發明屬于膜分離技術，是一種多功能離子交換網膜。

自從1950年第一張離子交換膜出現后三十七年來，在公知的應用于電滲析裝置中的離子交換膜的表面都是光滑平整的。因此在陰陽離子交換膜之間必須配置一塊帶網格的隔板，才能克服在膜表面易發生極化作用的缺陷。這種由離子交換膜、隔板和電極三個主要部件構成的電滲析裝置，其結構較為復雜，而且，使用的隔板是由惰性材料制成的，因而增加了電耗。長期以來，人們渴望著研究出一種簡單的并兼有離子交換膜和隔板兩種特性的新構件，以簡化電滲析裝置的結構。但是，新構件難以制造，至今仍未實現。

本發明在于將離子交換膜和隔板兩個單獨部件所具有的特性有機地結合起來，制造成為同一構件。這種構件我們定名為離子交換網膜。該網膜有陽離子交換網膜（簡稱為陽網膜）和陰離子交換網膜（簡稱陰網膜）兩種。陽網膜只允許陽離子選擇透過，而不允許陰離子選擇透過;陰網膜正好相反，它只允許陰離子選擇透過，而不允許陽離子選擇透過。而且，這類網膜在水力學上能起促進湍流作用。因此，采用本發明離子交換網膜的電滲析裝置只需要由離子交換網膜和電極兩個主要部件構成。在陰陽網膜之間不需要配置隔板，從而使裝置結構簡單、組裝方便、節省勞力、降低成本。同時，本發明的離子交換網膜除周邊以外的有效面積部分全是良導體，具有降低電耗、提高裝置性能的良好效果。

本發明所制成的離子交換網膜應包括周邊和中間兩部分。周邊要求表面光滑平整，具有絕緣性和稍帶彈性并開有通水孔與布水道，同時具有足夠的機械強度，在承受外加壓力的情況下不破裂，有密封不滲漏的功能。中間是有效面積部分，表面不光滑、不平整、呈現凹凸不平狀、無針孔。其中凹陷部分是薄膜區，凸起部分可以呈星點狀、針狀和網絡。不管是凹陷部分，還是凸起部分，都帶有離子交換基。例如，陽網膜帶有磺酸基、磷酸基或羧酸基，陰網膜帶有季銨基或混合胺基。它們具有離子交換、離子選擇透過、電再生和電傳導的特性。那些凸起的網絡還可以增加網膜強度和維持尺寸穩定，以及當液體流過網膜表面時具有促進水力學湍流的功能。

本發明離子交換網膜的制造方法，可采用一些市售的能導入活性基團的高分子材料，例如蘭州化學工業公司的丁二烯和苯乙烯共聚物，丙烯腈和苯乙烯共聚物，丁二烯和丙烯腈與苯乙烯共聚物等。也可以利用合成共聚物，例如，聚乙烯和苯乙烯與二乙烯基苯共聚物、聚乙烯和乙烯基吡啶與二乙烯基苯共聚物、聚乙烯輻照接枝苯乙烯共聚物、聚乙烯和丙烯腈與苯乙烯和二乙烯基苯共聚物、聚乙烯和丙烯腈和氯甲基苯乙烯與二乙烯基苯共聚物、聚乙烯和丙烯酸酯和苯乙烯與二乙烯基苯共聚物、乙丙橡膠和苯乙烯與二乙烯基苯共聚物，還有其他諸如聚氯乙烯、聚偏氟乙烯和苯乙烯與二乙烯基苯共聚物等，還可用苯酚磺酸鹽或苯酚和甲醛的縮聚物等。在合成共聚物時，引發劑可采用過氧化苯甲酰、過氧化二異丙苯和偶氮二異丁腈等。交聯劑用二乙烯基苯、硫磺或甲醛。對于市售的無交聯結構的共聚物，在加工成型過程中可加入環化劑或交聯劑以使其產生交聯結構。所用的環化劑有：稀硫酸或三氟化硼、三氯化硼、四氯化錫、四氯化鈦、五氯化鉛、五氯化磷、三氯化鉛等金屬鹵化物或它們的乙醚化合物。

本發明對共聚物組成的要求如下：能導入活性基團的單體量應占共聚物總重量的10-60%，引發劑用量為單體重量的〈＆＆〉，交聯劑或環化劑用量為單體重量的1-20%，共聚合反應溫度控制在50-100℃之間，反應時間為2-12小時，然后進行固化，其溫度為60-120℃，時間為1-24小時。

所采用市售的或合成的共聚物，要求能夠可塑性加工成型。將其加熱在溫度80-300℃之間熔融塑化，然后用模具模壓或擠出成型，制成基網膜。然后將基網膜用磺化的方法或氯甲基化和胺化方法導入離子交換基團，分別制成陽網膜和陰網膜。

上述離子交換網膜可以一次加工成型，兩次加工成型，甚至多次加工成型來制成。為了提高網膜的強度并保證尺寸穩定性，還可以通過加入纖維織物來增強。要求制成離子交換網膜之后的熔脹性小，其厚度可控制在0.2-2.0毫米之間。