專利名稱：快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將本征導電聚合物聚合成快離子導體多孔基體材料與荷電物鑲嵌復合成能夠滲透分離電解質(zhì)的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜的制備方法、使用該快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜的制備方法、以及安裝有該導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜海水淡化設(shè)備的制造方法。
背景技術(shù)：
目前研究涉及的都是電荷嵌鑲膜，還沒有見到將本征導電聚合物聚合成導電的快離子導體多孔基體材料與荷電聚合物鑲嵌復合成能夠滲透分離電解質(zhì)的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜。眾多的研究表明，現(xiàn)有研究的電荷嵌鑲膜的每個陽離子聚合物區(qū)域和陰離子聚合物區(qū)域基本上相互交替的方式在膜的厚度方向上延伸。這些公知的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)中的電荷嵌鑲膜仍然存在著電解質(zhì)滲析率低和滲析速度顯得太慢的問題。用現(xiàn)有技術(shù)制備出的一種電荷嵌鑲膜的方法，已有很多文獻提出使用多嵌段共聚物生成的微粒狀的陽離子聚合物和陰離子聚合物。使得多嵌段共聚物的制備方法非常難以實現(xiàn)。有學者和專利發(fā)明者提出，假若使用至少一種聚合物微粒狀的陽離子聚合物和陰離子聚合物的制備方法就具有非常容易生產(chǎn)電荷嵌鑲膜。但用上述使用聚合物微粒制備電荷嵌鑲膜的方法中，即使用微球狀的聚合物微粒就可很容易的制備電荷嵌鑲膜，這是由于微球所固有的緊密性和各向同性的性能所致。然而該方法在生產(chǎn)大面積膜時會出現(xiàn)問題，因為絕大多數(shù)膜組分是離子型聚合物，而且用此種方式形成的膜在干燥時會發(fā)生收縮或強度損失。用上述方法制備電荷嵌鑲膜的方法存在的另二個問題是，其一是由于絕大多數(shù)制膜組分是離子型聚合物，因離子型聚合物是陽離子型聚合物和陰離子型聚合物，這種陽離子型聚合物和陰離子型聚合物由于電勢的差異，因電離的平衡導致電勢能減弱，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電體，膜的電解質(zhì)電滲析性能差導致大部分電解質(zhì)離子完全靠壓力推動形成滲析來滲析電解質(zhì)，導致能耗高。為了解決上述電荷嵌鑲膜存在的問題，曾今日本專利申請公開No. 10-87855中提出將柔性聚合物組分作為電荷嵌鑲膜的基體組分。該方法便于生產(chǎn)大面積電荷嵌鑲膜，同時還可使該電荷嵌鑲膜在使用過程中能具有改進的耐久性和操作性能。但是，該方法需要長的成膜時間，陽離子聚合物組分和陰離子聚合物組分混合物或分散體的穩(wěn)定性還不能十分滿意，并且難以生產(chǎn)厚度均勻的電荷嵌鑲薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述電荷嵌鑲膜的技術(shù)不足，本發(fā)明的目的是提供一種將本征導電聚合物聚合成的快離子導體多孔基體材料與荷電聚合物鑲嵌復合成能夠滲透分離電解質(zhì)的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜。用本征導電聚合物聚合成快離子導體多孔基體材料負載聚電荷聚合物凝膠顆粒制成的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜，是先將本征導電聚合物聚合成快離子導體多孔基體材料后再將荷電聚合物凝膠顆粒負載在導電的快離子導體多孔基體材料上，這種快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜電荷質(zhì)量高且導電性能好，能形成既導電又不致電荷間有短路問題，具有較好的環(huán)形電路電量。該方法的膜易于制備，并具有優(yōu)異的選擇和高電解質(zhì)滲析性，同時提供了一種制備厚度薄而均勻的負載電荷質(zhì)量高、導電性能好的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜方法，其成膜時間短并且過程易于掌控。因此，這種導電的快離子導體帶電荷的聚合物組分和基體組分的混合物或分散體具有優(yōu)異的穩(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。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明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。具體有如下幾個要點1、本發(fā)明提供了一種具有導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜，具體組分是以本征導電聚合物聚合成的快離子導體多孔基體材料載體；有陽離子聚合物組分；陰離子聚合物組分；其中快離子導體聚合物組分主要是本征導電聚合物，這種組合解決了電位差； 而陽離子聚合物組分和陰離子聚合物組分均是交聯(lián)粒狀聚合物，陽離子聚合物組分和陰離子聚合物組分均作為膜第二基體材料，這種組合解決了濃度差和壓力差；而且該基體組分至少是一種選自氟化隆樹脂、聚氨基甲酸甲酯樹脂、對苯二甲酰氯樹脂、乙烯基吡啶的聚合物、苯乙烯、二乙烯基苯、丙烯酸聚胺脂、丙烯酸丁脂。2、本發(fā)明提供了一種制備該導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜的方法，包括通過使用一至數(shù)種組合物來形成膜，該組合物中的陽離子聚合物組分和陰離子聚合物組分均分散在有機溶劑中的該基體組分溶液中；3、本發(fā)明提供了一種使用該導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜的方法，包括使電解質(zhì)滲透過該導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜；4、本發(fā)明還提供了一種安裝有該導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜的設(shè)備。5、本發(fā)明導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜具有優(yōu)異的物理性能，如具有良好的二維穩(wěn)定性、離子導電性和機械強度、耐化學性、耐溶劑性和耐水性，化學性能穩(wěn)定。 具有耐水解性和耐氧化降解性，而且具有極好的高滲析性和選擇滲透性、對有機污染物有耐污染性。6、本發(fā)明導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜，可用于組裝成高性能分離電解質(zhì)設(shè)備，如海水淡化等脫鹽、海水及鹽的濃縮設(shè)備。在制備聚合物時，形成區(qū)域結(jié)構(gòu)的本征導電快離子導體基體和帶電荷的聚合物組分均以交聯(lián)凝膠粒狀聚合物的形式使用，而且至少一種是本征導電快離子導體聚合物組分，另一組荷電組分至少選取于氟化隆樹脂、聚氨基甲酸甲酯樹脂、對苯二甲酰氯樹脂、乙烯基吡啶的聚合物用作形成基體的聚合物組分。在成膜過程中，一種是本征導電的快離子導體聚合物多多孔材料組分作為負載荷電基材，另一種是作為帶電荷的聚合物組分的交聯(lián)粒狀聚合物以組合物形式使用，其中該交聯(lián)粒狀聚合物分散在溶解于有機溶劑中的基體組分溶液中。因此該制備方法可以在短的成膜時間內(nèi)形成厚度均勻的薄的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜(也稱為快離子導體鑲嵌膜)，同時該混合物即該本征導電的快離子導體聚合物和帶電荷的聚合物組分和該基體組分的分散體具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。本發(fā)明的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透透膜可用于選擇透過電解質(zhì)，例如用于海水或苦咸水淡化，自來水深度凈化，電解質(zhì)組分分離、濃縮等。圖1為本發(fā)明裝有導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜(快離子導體鑲嵌膜) 的設(shè)備的一個實例，是為一個裝有導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜的設(shè)備裝配圖； 圖2為設(shè)備分離電解質(zhì)性能評估曲線圖。本發(fā)明的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜，是本征導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中區(qū)域的導電體帶電荷的聚合物組分，該組分均為凝膠交聯(lián)粒狀聚合物，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、對苯二甲酰氯樹脂、乙烯基吡啶的聚合物組成。本導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜的制備方法，是導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜使用以組合物形式存在的本征導電快離子導體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、對苯二甲酰氯樹脂、乙烯基吡啶聚合物并溶解在溶劑中。另外，在本發(fā)明中每種帶電荷的聚合物組分優(yōu)選的平均顆粒尺寸為0. 01-20 μ m,優(yōu)選為0. 02-10 μ m范圍內(nèi)?？捎糜诒景l(fā)明的制備導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜材料，本征導電的快離子導體聚合物和帶電荷的聚合物組分的實例包括作為本征導電的快離子導體的是本征導電聚合物，作為陽離子聚合物組分的聚合物含有陽離子基團如伯一叔氨基、季銨基或吡啶基或其鹽的基團。而作為陰離子聚合物組分的聚合物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。導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜材料成膜前的配制液是通過下述方法制備的首先將本征導電聚合物合成快離子導體導電聚合物，使快離子導體導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，以便使使快離子導體導電聚合物與荷電聚合物組分分散在該溶液中。在混合快離子導體導電聚合物和荷電聚合物組分時，優(yōu)選使用在有機溶劑中形成的分散液對于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行混合和分散。本發(fā)明的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜結(jié)構(gòu)是陽離子聚合物組分的微區(qū)和陰離子聚合物組分的微區(qū)沿膜的厚度方向整體上基本是交替排列，并在膜中全面延伸；而本征型導電的快離子導體在這些微區(qū)中起作均布電阻的效應(yīng)，導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜具有的功能可以允許低分子量的電解質(zhì)從中滲透過，但是阻礙非電解質(zhì)從其中滲透或者僅允許其以非常低的滲透速率透過膜。因此，本發(fā)明的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜可用于選擇性滲透電解質(zhì)。例如，本發(fā)明的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透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)明的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜設(shè)備可在海水或苦咸水淡化，以及生產(chǎn)飲用水、工業(yè)用水、純凈水和高純水等水處理中用于脫鹽；可用于化工廠和金屬工廠排出的工業(yè)廢水的脫鹽；在染料制造工業(yè)中用于染料和顏料的脫鹽；在發(fā)酵廠和食品廠中，用于生化相關(guān)產(chǎn)品的脫鹽；醫(yī)藥制品的脫鹽；本發(fā)明的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜組成的設(shè)備也可用于反滲透、電滲析領(lǐng)域而且不需外加電源。下面將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述，除非特別說明以外，其中“份”或“份數(shù)” 和“％”是基于重量的。


圖1是為一個裝有導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜(快離子導體鑲嵌膜)的設(shè)備裝配圖，即是快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備結(jié)構(gòu)和裝配方法示意圖。
圖2是為設(shè)備分離電解質(zhì)性能評估曲線圖，即是快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備性能評估曲線。
具體實施例方式實施例一1、聚合物的配制 聚合物A (本征導電聚合物合成快離子導體)
丙烯酸聚胺脂150份
本征體聚苯胺乙烯基吡啶聚合物50份
十二烷基硫酸鈉50份
蒸餾水1000份在氮氣流下，將上述組分裝在燒瓶中，并在55°C下聚合8小時。收集所得到的微小粒狀聚合物，而后用5000份溫水和2000份甲醇徹底洗滌，以從聚合物的表面上除去表面活性劑，再將所得的產(chǎn)物在。C下凍干。聚合物B (陽離子粒狀聚合物)苯乙烯210份二乙烯基苯13.0 份氟化隆樹脂20份過硫酸鉀4.0份聚氨基甲酸甲酯50份十二烷基硫酸鈉50份水1000 份在氮氣流下，將上述組分裝在燒瓶中，并在50°C下聚合12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。向分散體中加入三乙胺，而后攪拌12小時，再將所得到的產(chǎn)物。C下凍干。聚合物C (陰離子粒狀聚合物)
苯乙烯10.0 份丙烯酸丁酯5.0份對苯二甲酰氯樹脂、50份二乙烯基苯18份2,2’-偶氮二異丁腈2.0份
水1000份在氮氣流下，將上述組分裝在燒瓶中，并在75°C下聚合8小時。如此獲得的交聯(lián)粒狀聚合物通過從丙酮一水中析出的方式來提純，所得到的交聯(lián)粒狀聚合物。C下凍干實施例二1、導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜的制備(1)將聚合物A分散在N，N-二甲基甲酰胺250份中攪拌1小時得到分散液A，密封備用。(2)將聚合物B分散在N，N-二甲基甲酰胺350份中攪拌1小時得到分散液B，密封備用。(3)將聚合物C分散在N，N- 二甲基甲酰胺350份中攪拌1小時得到分散液C，密封備用。所得到的分散液A與另一種由聚合物B和聚合物C各組分的分散液相混合制備乳膠狀涂料。該涂料用刮刀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)明的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜(也稱快離子導體鑲嵌膜)，該膜的面積大小根據(jù)需要而定。實施例三1、快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備方法將實施例二方法制備的導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜(快離子導體鑲嵌膜)按需要面積大小裁剪成圓形或方形，裝配在兩端封閉了的二個圓形或方形的塑料框中，框中由若干張(或1至1000張)導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜及200目的不銹鋼網(wǎng)框交替裝配組合而成(如圖1的裝置)，不銹鋼網(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，組裝成海水淡化設(shè)備、分離電解質(zhì)設(shè)備、脫鹽和電解質(zhì)及鹽的濃縮設(shè)備。2、快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備性能評估設(shè)備對電解質(zhì)的滲透分離特性與實用性能評估如下本評估試驗設(shè)備是用實施例三的方法制備的試驗設(shè)備，共有三級，每級裝有20cmX40cm面積的快離子導體膜和不銹鋼網(wǎng)各6張，以含鹽量為36000mg/L海水為電解質(zhì)的滲透分離試驗。在25°C和1. 5MPa壓力下，其水的滲透速度為1. 68m3/m2/d,出水含鹽量為381mg/L。3、快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備性能評估曲線附圖2是快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備性能評估曲線的繪制，是根據(jù)快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備在分離電解質(zhì)時的性能評估數(shù)據(jù)作出的。
權(quán)利要求
1. 一種快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備，其特征在于(1)聚合物的配制聚合物A (本征導電聚合物合成快離子導體) 丙烯酸聚胺脂150份；乙烯基吡啶50份；十二烷基硫酸鈉50份；蒸餾水1000份；在氮氣流下，將上述組分裝在燒瓶中，并在陽で下聚合8小時，收集所得到的微小粒狀 聚合物，而后用5000份溫水和2000份甲醇徹底洗滌，以從聚合物的表面上除去表面活性 齊U，再將所得到的產(chǎn)物在0°C下凍干； 聚合物B(陽離子粒狀聚合物) 苯乙烯210份；ニ乙烯基苯13.0份；氟化隆樹脂20份；過硫酸鉀4. 0份；聚氨基甲酸甲酯50份；十二烷基硫酸鈉50份；蒸餾水1000份；在氮氣流下，將上述組分裝在燒瓶中，并在50°C下聚合12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 活性剤，將交聯(lián)粒狀聚合物分散在水中，以制備分散體，向分散體中加入三乙胺，而后攪拌 12小吋，再將所得到的產(chǎn)物在0°C下凍干； 聚合物C(陰離子粒狀聚合物) 苯乙烯10.0份；丙烯酸丁酯5. 0份；對苯ニ甲酰氯樹脂50份；ニ乙烯基苯18份；·2，2’-偶氮ニ異丁腈 2.0份； 蒸餾水1000份；在氮氣流下，將上述組分裝在燒瓶中，并在75°C下聚合8小吋，如此獲得的交聯(lián)粒狀聚 合物通過從2000份丙酮和5000份水中析出的方式來提純，再將所得到的產(chǎn)物在0°C下凍 干；(2)快離子導體鑲嵌膜的制備將聚合物A分散在N，N- ニ甲基甲酰胺250份中攪拌1小時得到分散液A，密封備用； 將聚合物B分散在N，N- ニ甲基甲酰胺350份中攪拌1小時得到分散液B，密封備用； 將聚合物C分散在N，N- ニ甲基甲酰胺350份中攪拌1小時得到分散液C，密封備用； 所得到的分散液A與另ー種由聚合物B和聚合物C各組分的分散液相混合制備乳膠 狀涂料，該涂料用刮刀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)明的快離子導體鑲嵌膜，該膜的面積大小根據(jù)需要而定；(3)快離子導體鑲嵌膜海水淡化設(shè)備制造方法將制備的快離子導體鑲嵌膜按需要面積大小裁剪成方形，裝配在兩端封閉了的方形的塑料框中，框中由1至1000張快離子導體鑲嵌膜及200目的不銹鋼網(wǎng)框交替裝配組合而成，不銹鋼網(wǎng)框邊上設(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，組裝成海水淡化設(shè)備、分離電解質(zhì)設(shè)備、脫鹽和電解質(zhì)及鹽的濃縮設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種快離子導體鑲嵌膜制備海水淡化設(shè)備；是將本征導電聚合物聚合成快離子導體多孔基體材料與荷電聚合物鑲嵌復合成能夠滲透分離電解質(zhì)的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜的制備方法，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；以及安裝有該導電的快離子導體鑲嵌離子交換滲透膜海水淡化設(shè)備的制造方法，該設(shè)備也可用于反滲透、電滲析領(lǐng)域而且不需外加電源。
文檔編號B01D61/50GK102527236SQ20111040506
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者許裕金 申請人:許裕金