專利名稱：采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，屬于膜分離的
背景技術(shù)：
電滲析或者電除鹽(EDI)技術(shù)是在直流電場(chǎng)的作用下，利用陰陽(yáng)離子交換膜對(duì)溶液中陰陽(yáng)離子的選擇透過(guò)性，來(lái)實(shí)現(xiàn)離子的去除或者濃縮。異相離子交換膜是電滲析和電除鹽(EDI)裝置中使用的關(guān)鍵材料，對(duì)其的基本性能要求包括導(dǎo)電性好、離子選擇透過(guò)性高、機(jī)械強(qiáng)度高、溶脹率低等。
異相膜的一種典型制備方法是將高分子聚合物與粉狀離子交換樹脂以輥筒或擠出機(jī)混煉，接著拉片形成膜狀物。為了提高膜的強(qiáng)度，需要在膜片的上下各覆一層網(wǎng)布，把膜片和網(wǎng)布熱壓或者滾壓在一起形成實(shí)用的膜。異相膜另一種典型的制備方法是將離子交換樹脂粉和粘結(jié)劑混合后，均勻涂覆在增強(qiáng)網(wǎng)布的兩側(cè)，最終形成外面是樹脂和粘結(jié)劑混合物、中間是增強(qiáng)網(wǎng)布的離子交換平板膜。網(wǎng)布可以使用尼龍、滌綸、聚氯乙稀、聚乙烯、聚丙烯、玻璃纖維等等多種材料。例如專利CN1021828C介紹了一種采用四輥壓延機(jī)連續(xù)制備異相離子交換膜的方法，其中增強(qiáng)用的網(wǎng)布靠導(dǎo)軌引入離子交換膜片的上面和下面，經(jīng)過(guò)壓網(wǎng)裝置將網(wǎng)布?jí)喝肽て瑑?nèi)，以起到增強(qiáng)膜片的作用。又如，專利CN1036052C介紹了一種以聚氯乙稀布為增強(qiáng)織物，將漿液涂在該增強(qiáng)織物上，加壓加熱聚合后再磺化的方法制備異相陽(yáng)離子交換膜的方法。但是，無(wú)論在外表面熱壓或者滾壓網(wǎng)布，還是在內(nèi)部包覆網(wǎng)布，其優(yōu)點(diǎn)是在一定程度上提高了膜的強(qiáng)度，減小了膜的溶脹率；而帶來(lái)的缺點(diǎn)是由于目前使用的網(wǎng)布由惰性材料制成，網(wǎng)布本身在溶液中不能導(dǎo)離子，它們嵌在離子交換膜中，增大了膜的電阻，并最終影響電滲析，電除鹽(EDI)裝置的電耗以及降低異相離子交換膜的離子交換效率。
又如，有人申請(qǐng)了一種離子交換網(wǎng)膜，其多功能離子交換網(wǎng)膜兼有離子交換膜和隔板兩者特征和功能，采用該離子交換網(wǎng)膜組裝的電滲析裝置無(wú)需再填充網(wǎng)布板，在一定程度上也改善了電滲析裝置的導(dǎo)離子性能。但是由于該膜密封周邊為平整平面，這樣往往造成加工困難或加工工藝繁瑣，而且填充樹脂不便，只能用于板框式的水處理器。尤其是整個(gè)離子交換網(wǎng)膜采用同種材料制成，即網(wǎng)膜的周邊和凹凸不平的中間部分為同一種材料制成，因此，若采用導(dǎo)離子性能好的材料制網(wǎng)膜在提高離子交換效率的同時(shí)卻難以保證網(wǎng)膜的強(qiáng)度，若采用強(qiáng)度好的材料制網(wǎng)膜再提高網(wǎng)膜強(qiáng)度的同時(shí)由于增強(qiáng)材料的堆積影響了離子的交換效率，難以同時(shí)兼顧網(wǎng)膜的離子交換效率和強(qiáng)度。尤其是整個(gè)離子交換網(wǎng)膜采用同種材料制成，即網(wǎng)膜的周邊和凹凸不平的中間部分為同一種材料制成，因此，若采用導(dǎo)離子性能好的材料制網(wǎng)膜在提高離子交換效率的同時(shí)卻難以保證網(wǎng)膜的強(qiáng)度，若采用強(qiáng)度好的材料制網(wǎng)膜在提高網(wǎng)膜強(qiáng)度的同時(shí)由于增強(qiáng)材料的堆積影響了離子的交換效率，難以同時(shí)兼顧網(wǎng)膜的離子交換效率和強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的惰性增強(qiáng)網(wǎng)布引起的異相離子交換膜的膜面電阻大，使電耗增加及離子交換效率較低，或離子交換效率和網(wǎng)膜強(qiáng)度難以兼顧等技術(shù)問(wèn)題，提供了一種設(shè)計(jì)合理，能減小膜面電阻，離子交換效率較高，兼顧離子交換效率和網(wǎng)膜強(qiáng)度，兼顧離子交換效率和網(wǎng)膜強(qiáng)度的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜。
本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案解決的異相離子交換膜，包括陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜，在膜片表面或膜片間設(shè)有增強(qiáng)網(wǎng)布，至少一層所述的增強(qiáng)網(wǎng)布由導(dǎo)離子材料制成，所述的導(dǎo)離子材料為陰離子型或陽(yáng)離子型。將增強(qiáng)網(wǎng)布采用可導(dǎo)離子材料制成，可彌補(bǔ)因惰性網(wǎng)布增大的膜面電阻，增大了異相離子交換膜的極限電流，提高了異相離子交換膜的離子交換性能；另一方面直接將可導(dǎo)離子材料制成增強(qiáng)網(wǎng)布不會(huì)增加增強(qiáng)網(wǎng)布的厚度，從而不改變濃淡水室的空間大小，不會(huì)影響異相離子交換膜電除鹽器的產(chǎn)水效率。
作為優(yōu)選，所述的導(dǎo)離子材料由不同長(zhǎng)度的離子交換纖維、碳材料或含有活性基團(tuán)的高分子樹脂構(gòu)成；或所述的導(dǎo)離子材料為惰性增強(qiáng)網(wǎng)布經(jīng)過(guò)處理后帶離子交換基團(tuán)構(gòu)成。處理的方法可采用各種與制備離子交換膜類似的工藝，包括但不限于在網(wǎng)布上粘結(jié)離子交換樹脂顆粒或者粉末，粘結(jié)不同長(zhǎng)度離子交換纖維或其它導(dǎo)離子材料，以網(wǎng)布為基材進(jìn)行涂覆、交聯(lián)、接枝等。網(wǎng)布的基材可以是尼龍、滌綸、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯及其它有機(jī)材料。導(dǎo)離子材料可增大濃淡水室的電流密度，提高離子在濃淡水室的遷移速度，從而增大了極限電流，提高了離子交換的速度和效率，增強(qiáng)了異相離子交換膜的強(qiáng)度和離子交換性能。
作為優(yōu)選，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布與膜片點(diǎn)接觸或線接觸，點(diǎn)接觸包括十字狀點(diǎn)接觸或其它的點(diǎn)接觸；或所述的增強(qiáng)網(wǎng)布部分壓入膜片中，在膜片表面形成一定的不平整度。增強(qiáng)網(wǎng)布與膜片間采用點(diǎn)接觸或采用增強(qiáng)網(wǎng)布部分壓入膜片中，可在增強(qiáng)離子交換膜強(qiáng)度的同時(shí)增大水流在離子交換膜的表面的湍流程度，減少濃差極化。
作為優(yōu)選，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て膬蓚?cè)表面，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布均為陽(yáng)離子型或陰離子型；或所述的增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て膬蓚?cè)表面，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布分別為陽(yáng)離子型和陰離子型；或所述的增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て膬蓚?cè)表面，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布分別為陰陽(yáng)離子型和惰性網(wǎng)布。
作為優(yōu)選，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布的目數(shù)為10目-100目，網(wǎng)線的直徑為0.05mm-3mm。
異相離子交換膜的處理工藝，采用公知的各種制備工藝制備膜片；以導(dǎo)離子增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て砻婊虬裼谀てg。
因此，本發(fā)明將增強(qiáng)網(wǎng)布采用可導(dǎo)離子材料制成，可彌補(bǔ)因惰性網(wǎng)布增大的膜面電阻，增大了異相離子交換膜的極限電流，提高異相離子交換膜電除鹽器的離子傳遞性能；另一方面直接將可導(dǎo)離子材料制成增強(qiáng)網(wǎng)布不會(huì)增加增強(qiáng)網(wǎng)布的厚度，從而不改變濃淡水室的空間大小，不會(huì)影響異相離子交換膜電除鹽器的產(chǎn)水效率。本發(fā)明的上述特點(diǎn)，使得其應(yīng)用于電滲析或者是電除鹽器時(shí)，能夠降低電耗，提高脫鹽效率。


附圖1是本發(fā)明異相離子交換膜的一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明異相離子交換膜的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是附圖1的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是附圖2的斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
實(shí)施例1如圖1和圖3所示，異相離子交換膜分陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜，由膜片1和包埋于兩膜片1之間的增強(qiáng)網(wǎng)布2構(gòu)成，增強(qiáng)網(wǎng)布2由惰性增強(qiáng)網(wǎng)布經(jīng)過(guò)處理后帶有離子交換基團(tuán)構(gòu)成。
膜片采用公知的技術(shù)制造，在惰性網(wǎng)布上涂覆離子交換樹脂使其帶有離子交換基團(tuán)，再將經(jīng)過(guò)處理后的增強(qiáng)網(wǎng)布包埋于兩膜片間。
實(shí)施例2如圖2和圖4所示，異相離子交換膜分陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜，由膜片1和壓覆于膜片1兩表面的增強(qiáng)網(wǎng)布2構(gòu)成，增強(qiáng)網(wǎng)布由不同長(zhǎng)度的離子交換纖維構(gòu)成。
膜片采用公知的技術(shù)制造，將長(zhǎng)度離子交換纖維編織成為活性網(wǎng)布，再將該活性增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て膬杀砻妗?br> 實(shí)施例3如圖2和圖4所示，異相離子交換膜分陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜，由膜片1和壓覆于膜片1兩表面的增強(qiáng)網(wǎng)布2構(gòu)成，增強(qiáng)網(wǎng)布由粘結(jié)了不同長(zhǎng)度的離子交換纖維改性的惰性網(wǎng)布構(gòu)成。
膜片采用公知的技術(shù)制造，在增強(qiáng)網(wǎng)布上粘結(jié)不同長(zhǎng)度離子交換纖維，再間經(jīng)過(guò)改性的增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て囊粋€(gè)表面，在膜片的另一個(gè)表面壓覆惰性增強(qiáng)網(wǎng)布。
實(shí)施例4如圖1和圖3所示，相離子交換膜分陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜，由膜片1和壓覆于膜片1兩表面的增強(qiáng)網(wǎng)布2構(gòu)成，增強(qiáng)網(wǎng)布由不同長(zhǎng)度的離子交換纖維構(gòu)成，增強(qiáng)網(wǎng)布與膜片點(diǎn)接觸。
膜片采用公知的技術(shù)制造，在增強(qiáng)網(wǎng)布上粘結(jié)不同長(zhǎng)度離子交換纖維，再將經(jīng)過(guò)改性的增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て膬杀砻妗?br> 實(shí)施例5如圖1和圖3所示，異相離子交換膜分陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜，由膜片1和壓覆于膜片1兩表面的增強(qiáng)網(wǎng)布2構(gòu)成，增強(qiáng)網(wǎng)布部分壓入膜片中，整個(gè)異相離子交換膜的制作過(guò)程如下把粒徑為50μm左右的陶氏化學(xué)公司生產(chǎn)的離子交換樹脂粉(牌號(hào)為C-350和A-500)，通過(guò)環(huán)氧、聚氨酯等粘結(jié)劑固定在尼龍網(wǎng)布上，制作成可導(dǎo)離子的增強(qiáng)網(wǎng)布。網(wǎng)布的目數(shù)為100目，其網(wǎng)線的直徑為1mm。然后在壓延機(jī)上制備異相離子交換膜片，把制好的網(wǎng)布和離子交換膜片在15Mpa壓力下熱壓60分鐘，控制壓片的厚度來(lái)控制網(wǎng)布在膜片上陷入的深度，以調(diào)節(jié)離子交換膜成品的表面不平整度，最終制得表面平整的異相離子交換膜。陽(yáng)離子交換膜膜片兩側(cè)壓覆的網(wǎng)布均采用陽(yáng)離子型，陰離子交換膜膜片兩側(cè)壓覆的網(wǎng)布均采用陰離子型。
實(shí)施例6如圖2和圖4所示，異相離子交換膜分陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜，由膜片1和壓覆于膜片兩表面的增強(qiáng)網(wǎng)布構(gòu)成，增強(qiáng)網(wǎng)布部分壓入膜片中，整個(gè)異相離子交換膜的制作過(guò)程如下以平面厚度約為1mm的聚乙烯惰性網(wǎng)布為基材，溶脹吸浸苯乙烯和二乙烯苯，然后利用引發(fā)劑聚合。最后分別經(jīng)磺化反應(yīng)制成帶陽(yáng)離子交換基團(tuán)的改性網(wǎng)布；經(jīng)過(guò)氯甲基化和胺化制成帶陰離子交換基團(tuán)的改性網(wǎng)布。網(wǎng)布的目數(shù)為10目，其網(wǎng)線的直徑為0.5mm。然后在壓延機(jī)上制備異相離子交換膜片，把制好的改性網(wǎng)布和離子交換膜片在15Mpa壓力下熱壓60分鐘，控制壓片的厚度來(lái)控制網(wǎng)布在膜片上陷入的深度，以調(diào)節(jié)離子交換膜成品的表面不平整度，制得表面不平整的異相離子交換膜。陽(yáng)離子交換膜膜片兩側(cè)壓覆的網(wǎng)布一側(cè)為陽(yáng)離子型，另一側(cè)為惰性網(wǎng)布；陰離子交換膜膜片兩側(cè)壓覆的網(wǎng)布一側(cè)為陰離子型，另一側(cè)為惰性網(wǎng)布。
本發(fā)明異相離子交換膜的性能和原惰性網(wǎng)布增強(qiáng)的離子交換膜的比較見下表1表1本發(fā)明與原惰性網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜綜合性能對(duì)照表

權(quán)利要求
1.一種采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，包括陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜，其特征在于在膜片表面或膜片間設(shè)有增強(qiáng)網(wǎng)布，至少一層所述的增強(qiáng)網(wǎng)布(2)由導(dǎo)離子材料制成，所述的導(dǎo)離子材料為陰離子型或陽(yáng)離子型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，其特征在于所述的導(dǎo)離子材料由不同長(zhǎng)度的離子交換纖維、碳材料或含有活性基團(tuán)的高分子樹脂構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，其特征在于所述的導(dǎo)離子材料為惰性增強(qiáng)網(wǎng)布經(jīng)過(guò)處理后帶離子交換基團(tuán)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，其特征在于所述的增強(qiáng)網(wǎng)布與膜片點(diǎn)接觸或線接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，其特征在于所述的增強(qiáng)網(wǎng)布部分壓入膜片中，在膜片表面形成一定的不平整度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，其特征在于所述的增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て?1)的兩側(cè)表面，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布均為陽(yáng)離子型或陰離子型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，其特征在于所述的增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て膬蓚?cè)表面，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布分別為陽(yáng)離子型和陰離子型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，其特征在于所述的增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て膬蓚?cè)表面，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布分別為陰陽(yáng)離子型和惰性網(wǎng)布。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，其特征在于所述的增強(qiáng)網(wǎng)布?jí)焊灿谀て膬蓚?cè)表面，所述的增強(qiáng)網(wǎng)布分別為陰陽(yáng)離子型和惰性網(wǎng)布。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，其特征在于所述增強(qiáng)網(wǎng)布的目數(shù)為10目-100目，網(wǎng)線的直徑為0.05mm-3mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用可導(dǎo)離子網(wǎng)布增強(qiáng)的異相離子交換膜，屬于膜分離的技術(shù)領(lǐng)域。它包括陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜，在膜片表面或膜片間設(shè)有增強(qiáng)網(wǎng)布，至少一層所述的增強(qiáng)網(wǎng)布由導(dǎo)離子材料制成，所述的導(dǎo)離子材料為陰離子型或陽(yáng)離子型。它解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的惰性增強(qiáng)網(wǎng)布引起的異相離子交換膜的膜面電阻大，使電耗增加及離子交換效率較低等技術(shù)問(wèn)題。它具有設(shè)計(jì)合理，能減小膜面電阻，離子交換效率較高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D69/12GK1762557SQ200410067480
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月21日
發(fā)明者仝志明, 李翔 申請(qǐng)人:浙江歐美環(huán)境工程有限公司