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一种一/二价阴离子分离交联型两性结构离子交换膜的制备方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2024-03-29 08:55:35

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 涂媛 | 2024-03-29 08:55:35

本发明公开了一种一/二价阴离子分离交联型两性结构离子交换膜的制备方法,选用1?丙磺酸钠?3?甲基咪唑和N?丁基咪唑功能化聚苯醚,然后将UiO?66有机金属框架颗粒加入到两性结构聚苯醚制备交联型两性结构离子交换膜。具有一价离子传递通道的金属有机框架UiO?66结构纳米颗粒的加入,其结构上的–NH2与两性结构聚苯醚残留的–CH2Br反应形成共价交联的三维网状结构,降低了离子交换膜的溶胀率,进一步提高了一/二价阴离筛分性能。本发明提供的低面电阻、高Cl–离子选择性、高Cl–离子通量和结构稳定性的阴离子交换膜,在电渗析应用领域具有良好的应用前景。

本发明的目的是提供一种结构稳定性好,高性能的一种一/二价阴离子分离交联型两性结构离子交换膜的制备方法。为实现上述目标,本发明采用如下技术方案:一种一/二价阴离子分离交联型两性结构离子交换膜的制备方法,包括如下步骤:(1)1-丙磺酸钠-3-甲基咪唑的制备称取一定量的2-甲基咪唑(2-IM)加入无水乙腈中,N2氛围中搅拌溶解后加入一定量的含60%的氢化钠作为催化剂,搅拌条件下反应0.5~2小时,然后按照摩尔比,加入一定量的1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PPS),15~35℃条件下搅拌12~36小时,过滤得到白色固体。用干燥乙腈分多次洗涤后,在25~55℃真空干燥12~36小时得到1-丙磺酸钠-3-甲基咪唑(IM-SO3Na)。(2)N-丁基咪唑功能化聚苯醚的制备称取一定量的如式(II)所示的溴化聚苯醚(BrPPO),溶解于溶剂中,然后加入一定量的式(III)所示的N-丁基咪唑(IM),在15~50℃反应2~12小时,冷却至室温,在有机溶剂中析出,再对其进行提纯操作,干燥后得到N-丁基咪唑功能化。

一种一/二价阴离子分离交联型两性结构离子交换膜的制备方法的应用前景十分广泛。这种膜具有良好的离子选择透过性和较好的力学强度,可以用于海水淡化、工业废水处理、电厂废水零排放、物料分离、催化剂分离等领域。在海水淡化方面,这种膜可以利用离子选择透过性,将海水中的盐分分离出去,从而获得淡水。在工业废水处理方面,这种膜可以用于去除废水中的离子污染物,例如重金属离子、酸根离子等。在电厂废水零排放方面,这种膜可以用于将废水中的离子分离出来,从而达到废水零排放的目的。此外,这种膜还可以用于物料分离和催化剂分离等领域。在物料分离方面,这种膜可以用于分离不同离子型的物质,例如蛋白质、核酸等。在催化剂分离方面,这种膜可以用于分离催化剂和反应产物,从而提高催化效率。总之,一种一/二价阴离子分离交联型两性结构离子交换膜的制备方法应用前景非常广泛,有望在环境保护、资源利用、工业生产等领域发挥重要作用。

廖俊斌,博士,副研究员,博士生导师,2009年毕业于湖南农业大学(理学院)并获应用化学专业学士学位,2015年毕业于浙江工业大学(化学工程学院)并获化学工程与技术博士学位,2015-2019年于劳伦森大学(Laurentian University,Bharti School of Engineering,Canada)和浙江工业大学(膜分离与水科学技术中心)从事博士后研究,2019年正式入职于浙江工业大学(化学工程学院)。

相比于现有技术,本发明的优点在于:

(1)本发明所述的一/二价阴离子分离两性结构聚苯醚离子交换膜,既含有咪唑阴离子交换基团,又含有磺酸阳离子交换基团。相比较于传统的表面改性离子交换膜,均一的两性结构聚苯醚、阴/阳离子交换基团之间的离子交联以及共价交联使得所述离子交换膜呈现出均相微观结构,良好的结构、机械和尺寸稳定性有助于长周期电渗析应用。

(2)本发明所述的一/二价阴离子分离两性结构聚苯醚离子交换膜中,端位带疏水烷基链的荷正电咪唑基团的聚集形成合适尺寸的离子簇,构筑成离子传递通道;荷负电磺酸根基团的引入,改变了传递通道的微环境,与荷电量不同的一价/二价阴离子的相互作用差异,可选择性地透过一价阴离子而抑制二价阴离子的穿透。

(3)本发明所述的一/二价阴离子分离两性结构聚苯醚离子交换膜中,具有一价离子传递通道的金属有机框架UiO-66结构纳米颗粒的加入,其结构上的–NH2与两性结构聚苯醚残留的–CH2Br反应形成共价交联的三维网状结构,降低了离子交换膜的溶胀率,进一步提高了一/二价阴离筛分性能。同时,纳米颗粒和离子簇的协同作用也进一步提升了离子通道的贯通性,因而有助于提高一价离子的通量。

技术转让,许可,合作所需资金需双方协商,此项技术想尽快落地保定,希望具备此项技术研发的技术方,能够尽快承接此项目。