一种具有高分子保护膜的离子交换膜及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201810991995.0 | 申请日 | 2018-08-29 | 公开(公告)号 | CN108905645B | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
| 申请人 | 深圳合核环境科技有限公司; | 发明人 | 卜毅男; 陈白杨; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种具有高分子保护膜的离子交换膜及其制备方法。该离子交换膜包括：高分子保护膜和离子交换膜，高分子保护膜形成在离子交换膜表面上，高分子保护膜为高分子材料组成的、具有孔状结构的膜，高分子保护膜的平均孔径小于100道尔顿，离子交换膜为苯乙烯异相离子交换膜，高分子保护膜的材料为壳聚糖或壳聚糖的衍 生物 ，高分子保护膜采用相分子转化法在所述离子交换膜表面上形成或采用涂覆成膜法在所述离子交换膜表面上形成，高分子保护膜一侧设置有导流结构。本发明提供的具有高分子保护膜的离子交换膜及其制备方法，具有对有机物保留率高、去离子效果佳的特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有高分子保护膜的离子交换膜，其特征在于，包括：高分子保护膜和离子交换膜，所述高分子保护膜形成在所述离子交换膜表面上，所述高分子保护膜为高分子材料组成的、具有孔状结构的膜； |
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| 说明书全文 | 一种具有高分子保护膜的离子交换膜及其制备方法技术领域背景技术[0002] 水样中各种有机物是水处理研究中经常需要检测的指标，目前的分析检测方法在无机离子大量存在时所受干扰较大。为了避免无机离子的干扰，之前通常采取固液萃取、液液萃取等方式进行预处理，提取水中有机物。但对于实际水样来说，有机物成分十分复杂，很难通过萃取过程将亲水性的有机物高效回收，导致有机物流失较大。 [0003] 采用电渗析方式去除水样中的无机离子，保留水样中的有机物，可以更高效的回收水样中有机物，方便后续检测。但在某些实际水样的检测中发现，有机物同离子交换膜会产生一系列的相互作用，如离子态有机物也被去除，吸附性强的有机物也被吸附等。这些作用都会造成有机物的流失，引起有机物的检测误差。 [0004] 而且，现有技术中，电渗析器中两离子交换膜中间要放置隔板，一方面避免阴、阳离子交换膜直接接触发生短路，另一方面促进样品液体产生湍流、浓度分布均匀。而隔板的孔隙较小，清洗后，容易存留液体，会对后续样品浓度产生影响；并且因为电渗析处理液体时，样品室水样的厚度越薄处理效果越好，为了追求处理效果，往往检测用电渗析器两离子交换膜间距较小，放置隔板后，隔板厚度会限制两离子交换膜间距。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种具有高分子保护膜的离子交换膜及其制备方法，具有对有机物保留率高、去离子效果佳的特点。 [0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： [0007] 一种具有高分子保护膜的离子交换膜，包括：高分子保护膜和离子交换膜，所述高分子保护膜形成在所述离子交换膜表面上，所述高分子保护膜为高分子材料组成的、具有孔状结构的膜。 [0008] 可选的，所述高分子保护膜的平均孔径小于100道尔顿。 [0009] 可选的，所述离子交换膜为苯乙烯异相离子交换膜。 [0010] 可选的，所述高分子保护膜的材料为壳聚糖或壳聚糖的衍生物。 [0011] 可选的，所述高分子保护膜为采用相分子转化法在所述离子交换膜表面上形成的膜。 [0012] 可选的，所述高分子保护膜为采用涂覆成膜法在所述离子交换膜表面上形成的膜。 [0013] 可选的，所述高分子保护膜一侧附着在所述离子交换膜上，另一侧设置有导流结构。 [0014] 可选的，所述导流结构为多条直径小于1mm的细绳。 [0015] 本发明还提供了一种具有高分子保护膜的离子交换膜的制备方法，所述方法包括： [0016] 制备以苯乙烯为骨架的异相离子交换膜； [0017] 配制含壳聚糖或其衍生物的溶液； [0018] 将离子交换膜使用夹具固定后浸入到所述含壳聚糖或其衍生物的溶液，使离子交换膜只有一侧接触所述溶液20min； [0019] 取出离子交换膜后在常温避光的地方晾干。 [0020] 可选的，所述方法还包括：重复将晾干后的离子交换膜浸入含壳聚糖或其衍生物的溶液20min后，取出在常温避光的地方晾干步骤。 [0021] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的具有高分子保护膜的离子交换膜及其制备方法，在电渗析过程中高分子保护膜可以将溶液中的有机物有效阻隔，使其无法或大幅减少其同离子交换膜的接触，从而可提高有机物的保留。而且，高分子保护膜的致密微孔结构，使溶液中水分子和离子可以顺利通过高分子保护膜，却阻隔了大部分有机物同离子交换膜的直接接触，因此，可降低有机物对离子交换基团的影响，从而保护离子交换膜的离子交换功能。此外，本发明提供的具有高分子保护膜的离子交换膜由于高分子保护膜形成于离子交换膜表面，不存在膜与膜之间的间隙，不会形成水层，使得在电渗析过程中对水样体积的变化影响更小，而且，本发明在高分子保护膜上设置有导流结构，能够促进水样在电渗析过程中均匀的被处理；避免隔板的使用，缩短两离子交换膜放置之间的间距；避免隔板空隙中清洗过程后残留的液体对样品浓度影响。 附图说明 [0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的后提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0023] 图1为本发明实施例具有高分子保护膜的离子交换膜的结构示意图； [0024] 图2为本发明实施例具有高分子保护膜的离子交换膜导流结构的结构示意图； [0025] 图3为本发明实施例具有高分子保护膜的离子交换膜的制备方法流程图。 具体实施方式[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动后提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0027] 本发明的目的是提供一种具有高分子保护膜的离子交换膜及其制备方法，具有对有机物保留率高、去离子效果佳的特点。 [0028] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0029] 图1为本发明实施例具有高分子保护膜的离子交换膜的结构示意图，如图1所示，本发明提供的具有高分子保护膜的离子交换膜包括：离子交换膜1和高分子保护膜2，所述高分子保护膜2形成在所述离子交换膜1表面上，所述高分子保护膜2为高分子材料组成的、具有孔状结构的膜。平均孔径小于100道尔顿。 [0030] 离子交换膜1可以选择苯乙烯异相离子交换膜。这类膜表面相对粗糙一些，在后续高分子保护膜成膜时，高分子膜材料比较容易附着在离子交换膜上。 [0031] 高分子保护膜2的材料为壳聚糖或壳聚糖的衍生物。壳聚糖或其衍生物易于成膜，并且这种材料制成的高分子膜耐受酸碱程度更高(能在更宽的pH范围工作)、对有机物的耐受也更强。 [0032] 所述高分子保护膜2可以采用相分子转化法在所述离子交换膜表面上形成；也可以采用涂覆成膜法在所述离子交换膜表面上形成。 [0033] 所述高分子保护膜2一侧附着在所述离子交换膜1上，另一侧设置有导流结构3，如图2所示。导流结构为可以为多条直径小于1mm的细绳。细绳可选择聚四氟乙烯、PEEK等不导电、耐腐蚀材料。 [0034] 本发明还提供了一种具有高分子保护膜的离子交换膜的制备方法，如图3所示，本发明提供的制备方法包括： [0035] 步骤301：制备以苯乙烯为骨架的异相离子交换膜； [0036] 步骤302：配制含壳聚糖或其衍生物的溶液； [0037] 步骤303：将离子交换膜使用夹具固定后浸入步骤202所述溶液，使离子交换膜只有一侧接触所述溶液20min； [0038] 步骤304：取出离子交换膜后在常温避光的地方晾干。 [0039] 为得到致密孔径的高分子保护膜，可重复此涂覆过程，即重复将晾干后的离子交换膜浸入含壳聚糖或其衍生物的溶液20min后，取出在常温避光的地方晾干步骤。 [0040] 下面对本发明提供的具有高分子保护膜的离子交换膜的效果进行试验验证： [0041] 实施例一 [0042] 本例选取常见的卤代有机物为样品，验证采用不同膜进行去离子操作后有机物保留的效果。样品用超纯水配制，含有三氯甲烷100μg/L、三溴甲烷100μg/L、三氯乙醛100μg/L、三氯乙腈100μg/L、三氯乙酸100μg/L、一氯乙酸100μg/L，并含有氯离子10mg/L。实验中，阴、阳离子交换膜间距1mm，两电极板间电压为直流20V，向样品室通入自来水；样品进样流速为0.5mL/min，向两个电极室通入碳酸氢钠溶液，流速为1mL/min。 [0043] 初始水质指标及经预处理后的指标如表一所示： [0044] 表一 [0045] [0046] 表一中复合膜指本发明提供的具有高分子保护膜的离子交换膜，从结果可以看出，采用复合膜的电渗析设备对氯离子都有很好的去除，去除率均大于99％；两种膜对三氯甲烷、三溴甲烷、三氯乙醛、三氯乙腈这些物质的回收率都比较理想，均在95％以上。但对于三氯乙酸、一氯乙酸这类在水中易电离的物质，普通离子交换膜对其无法回收，回收率均为0；而采用了复合膜后，对这两种物质的回收率为76％和54％，回收率有了大幅度的提升。 [0047] 实施例二 [0048] 本例选取自来水作为被测试水样，验证处理效果。实验中，阴、阳离子交换膜间距1mm，两电极板间电压为直流20V，向样品室通入自来水；自来水进样流速为0.5mL/min，向两个电极室通入碳酸氢钠溶液，流速为1mL/min。初始水质指标及经预处理后的指标如表二所示： [0049] 表二 [0050] [0051] 从结果可以看出，采用复合膜的电渗析设备对氯离子都有很好的去除，去除率均大于98.9％。自来水样品经应用复合膜电渗析设备处理后，总有机碳(TOC)的保留率为89.3％，而应用普通离子交换膜的电渗析设备处理的样品TOC保留率为62.9％。对于总有机物的保留率的提升，对于将电渗析设备应用于检测领域，提升检测方法的准确性意义重大。 [0052] 本发明提供的具有高分子保护膜的离子交换膜及其制备方法，在电渗析过程中高分子保护膜可以将溶液中的有机物有效阻隔，使其无法或大幅减少其同离子交换膜的接触，从而可提高有机物的保留。而且，高分子保护膜的致密微孔结构，使溶液中水分子和离子可以顺利通过高分子保护膜，却阻隔了大部分有机物同离子交换膜的直接接触，因此，可降低有机物对离子交换基团的影响，从而保护离子交换膜的离子交换功能。此外，本发明提供的具有高分子保护膜的离子交换膜由于高分子保护膜形成于离子交换膜表面，不存在膜与膜之间的间隙，不会形成水层，使得在电渗析过程中对水样体积的变化影响更小，而且，本发明在高分子保护膜上设置有导流结构，能够促进水样在电渗析过程中均匀的被处理；避免隔板的使用，缩短两离子交换膜放置之间的间距；避免每次清洗后在隔板空隙中残留的液体对样品浓度影响。 [0054] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 |
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