雙極膜的一些制備方法

【資料簡(jiǎn)介】

　　雙極膜亦稱雙極性膜，是特種離子交換膜，它是由一張陽(yáng)膜和一張陰膜復(fù)合制成的陰、陽(yáng)復(fù)合膜。該膜的特點(diǎn)是在直流電場(chǎng)的作用下，陰、陽(yáng)膜復(fù)合層間的H2O解離成H+和OH-并分別通過(guò)陰膜和陽(yáng)膜，作為H+和OH-離子源。雙極膜按宏觀膜體結(jié)構(gòu)分可分為均相雙極膜和異相雙極膜。
 

　　制備方法
 

　　陰、陽(yáng)離子交換膜層熱壓成型法
 

　　這種方法的基本過(guò)程是將干燥的陰、陽(yáng)離子交換膜層疊放在用聚四氟乙烯薄膜覆蓋的不銹鋼板中，排除內(nèi)部氣泡，加熱加壓制得雙極膜。由這種方法制得的雙極膜，可能會(huì)因?yàn)殛帯㈥?yáng)兩膜層的相互滲透，固定基團(tuán)的靜電相互作用，在中間界面層形成高電阻區(qū)域，使雙極膜的工作電壓升高。
 

　　陰、陽(yáng)離子交換膜層粘合成型法
 

　　這種方法的基本過(guò)程是用粘合劑分別涂覆陰、陽(yáng)離子交換膜的內(nèi)側(cè)，然后疊合，排除內(nèi)部的氣泡和液泡，經(jīng)干燥而得雙極膜。也可將制得的雙極膜通過(guò)加熱加壓進(jìn)一步增強(qiáng)兩膜層間的粘合力。為了減小雙極膜的工作電壓， 所用的粘合劑應(yīng)該是可滲透的粘合劑，如聚乙烯亞胺、環(huán)氧氛丙烷及雙酚丙烷系環(huán)氧化合物在甲醇中反應(yīng)所得粘稠物，或苯乙烯磺酸與二乙烯苯的部分共聚物等有機(jī)物以及Cr(NO3)3、三氯化釕、硅酸鈉、磷酸銦等無(wú)機(jī)電解質(zhì)溶液。粘合劑層的厚度應(yīng)以兩膜層有足夠粘合強(qiáng)度為宜，太厚將使雙極膜的電阻增大、工作電壓升高。
 

　　一膜層在另一膜層上流延成型法
 

　　這種制備方法的基本過(guò)程是在陰離子交換膜層上覆蓋一層分散有陽(yáng)離子交換樹脂的聚合物溶液，或者在陽(yáng)離子交換膜層上覆蓋一層分散有陰離子交換樹脂的聚合物溶液，經(jīng)干燥而制得雙極膜。 也可以直接用液態(tài)的離子交換材料， 如二-( 2-乙烯基-己基) -焦磷酸、三辛基甲基氯化銨等，代替離子交換樹脂分散的聚合物溶液。為了使兩膜層能結(jié)合緊密，在覆蓋前可對(duì)陰膜層或陽(yáng)膜層的表面進(jìn)行粗糙化處理， 如砂紙打磨，表面壓花( 紋)，等離子體表面蝕刻等。
 

　　基膜兩側(cè)分別引入陰、陽(yáng)離子交換基團(tuán)法
 

　　這種制備方法的基本過(guò)程是在聚合物基膜兩側(cè)分別用化學(xué)反應(yīng)方法引入陰、陽(yáng)離子交換基團(tuán)而制得雙極膜。比如，將聚乙烯膜浸吸苯乙烯、二乙烯苯及過(guò)氧化苯甲酰的混合溶液制得基膜，通過(guò)覆蓋保護(hù)的方法，一側(cè)氯磺化、水解得陽(yáng)膜層，另一側(cè)氯甲基化、胺化得陰膜層。
 

　　該法很關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)是要控制好陰、陽(yáng)膜層的厚度并且使兩者的界面平行于膜表面且兩者不相互滲透。所以基膜必須均質(zhì)平整，同時(shí)對(duì)磺化時(shí)間和氯甲基化時(shí)間加以控制。這種方法制得的雙極膜，即使工作相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后，也不會(huì)在兩膜層出現(xiàn)氣泡或液泡，兩膜層不會(huì)分離，離子交換基團(tuán)基本不會(huì)損失。
 

　　一膜層在另一膜層上電沉積成型法
 

　　這種制備方法的基本過(guò)程是將離子交換膜組裝在電解槽中，電解液里懸浮電性相反的離子交換樹脂粉末，通直流電使樹脂粒子沉積在膜的表面形成雙極膜。有研究者發(fā)現(xiàn)， 沉積在膜表面的樹脂粒吸著牢靠， 即使倒換電極方向或者通入濃鹽水，樹脂粒子也不會(huì)輕易脫落。