層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的制備方法
1.本發(fā)明屬于膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的方法。
背景技術(shù)：
2.電滲析作為一種高效分離和提純的膜分離技術(shù)，由于其能耗小、成本低、操作簡(jiǎn)單、分離效率高、綠環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在微咸廢水、海水淡化、資源回收等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。離子交換膜作為電滲析的核心部件，離子交換膜的性能(尤其是其離子傳導(dǎo)性能)對(duì)整個(gè)電滲析工藝具有決定性影響。
3.近年來(lái)，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜被視為提高陰離子交換膜性能，尤其是離子傳導(dǎo)性能的有效手段。例如，文獻(xiàn)(acs appied materials&interfaces，2013，5，1414-1422)將不同比例的二氧化鋯直接摻雜到季銨化的聚醚砜中制備了有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合膜。二氧化鋯的添加不僅增強(qiáng)了季銨化聚醚砜膜的機(jī)械強(qiáng)度，而且提高了復(fù)合膜的離子傳導(dǎo)率。文獻(xiàn)(journal of materials chemistry a，2018，6，24728-24739)szekely等報(bào)道了一系列高選擇性氧化石墨烯-聚苯并咪唑(go-pbi)納米復(fù)合陰離子交換膜。王保國(guó)等(中國(guó)專利申請(qǐng)，公開號(hào)：cn 114181426 a)發(fā)明了一種有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合膜及其制備方法，通過(guò)溶劑熱反應(yīng)，在耐堿基膜的疏水孔道內(nèi)原位生長(zhǎng)親水性、有序結(jié)構(gòu)和垂直取向的無(wú)機(jī)納米片網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)有序的氫氧根離子傳遞通道，使該膜具有高的離子傳導(dǎo)性能。楊建華等(中國(guó)專利申請(qǐng)，公開號(hào)：cn 112999890 a)公開了一種平板有機(jī)無(wú)機(jī)雜化sio2復(fù)合膜及其制備方法，該膜在滲透氣化以及海水淡化應(yīng)用中表出現(xiàn)了高的通量和選擇性等優(yōu)點(diǎn)。
4.層狀雙金屬氫氧化物(ldh)是一種無(wú)機(jī)二維層狀陰離子交換材料，其主板結(jié)構(gòu)帶正電荷，層板間存在可交換陰離子，表面富含大量羥基。該材料金屬氫氧化物層板上的羥基和附著在兩層之間的水分子可通過(guò)氫鍵作用提供良好的離子傳輸氫鍵網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而依托快速的氫鍵裂解/重建實(shí)現(xiàn)高的陰離子傳導(dǎo)性能。基于上述，該發(fā)明利用ldh在極性非質(zhì)子性性溶劑中易剝層高分散、高陰離子傳導(dǎo)性能、層板表面電荷、氫鍵網(wǎng)絡(luò)豐富等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)合季銨化酚酞聚芳醚砜在極性非質(zhì)子性性溶劑中具有良好的溶解性、獨(dú)特自組裝微相分離結(jié)構(gòu)以及高的陰離子傳導(dǎo)性能等特點(diǎn)，來(lái)制備層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜，進(jìn)而通過(guò)ldh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜之間的氫鍵、靜電等協(xié)同作用，來(lái)進(jìn)一步提高其離子傳導(dǎo)性能和電滲析性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
5.本發(fā)明的目的在于，提供一種層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的制備方法，得到的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜用于電滲析領(lǐng)域。
6.為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：
7.一種層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的制備方法，其特征在于，
按以下步驟制備：
8.1)將層狀雙金屬氫氧化物納米片在第一極性非質(zhì)子溶劑中剝層分散，得到濃度為0.1g/l-80g/l的層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液；
9.2)將季銨化酚酞聚芳醚砜膜材料溶解在第二極性非質(zhì)子溶劑中，經(jīng)充分?jǐn)嚢璧玫谝昏T膜液l-1；
10.3)向第一鑄膜液l-1中加入步驟1)所述的層狀雙金屬氫氧納米片分散液，加熱超聲得第二鑄膜液l-2；
11.4)對(duì)第二鑄膜液l-2進(jìn)行過(guò)濾、真空或超聲脫泡，得第三鑄膜液l-3；
12.5)將第三l-3涂覆在基底上，在60℃～180℃度下蒸發(fā)溶劑，最后在水中浸泡1h～48h，得到層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜。
13.根據(jù)本發(fā)明，所述層狀雙金屬氫氧化物的結(jié)構(gòu)通式為：
14.[m
n+1-xmx3+
(oh)2]
x+yn-x/n
·
mh2o；
[0015]
式中，m
n+
為mg
2+
、zn
2+
、co
2+
、mn
2+
、li
+
、cu
2+
等一價(jià)或者二價(jià)離子；m
3+
為al
3+
、cr
3+
、co
3+
、fe
3+
、sc
3+
等三價(jià)金屬離子，y
n-為層間插層的陰離子，所述陰離子是oh-、cl-、no
3-、co
32-或者so
42-無(wú)機(jī)及有機(jī)陰離子，x為m
2+
/(mg
2+
+m
3+
)的摩爾比例，x通常為0.2-0.33之間，n為1以上的整數(shù)，m為層間結(jié)晶水的數(shù)目。
[0016]
具體地，所述的第一極性非質(zhì)子性溶劑選用n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亞砜(dmso)其中的一種或者幾種。
[0017]
進(jìn)一步地，所述季銨化酚酞聚芳醚砜膜材料由包含cardo基團(tuán)主鏈和側(cè)鏈功能基團(tuán)構(gòu)成，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為：
[0018][0019]
式中，r
+
代表不同陽(yáng)離子功能基團(tuán)，是上述季銨類和雜環(huán)類陽(yáng)離子中一種或幾種。
[0020]
具體地，所述第二極性非質(zhì)子溶劑為n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亞砜(dmso)中的一種或者幾種。
[0021]
所述第一鑄膜液l-1的濃度為3wt％～40wt％，所述層狀雙金屬氫氧化物納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜膜材料的質(zhì)量百分比為0.1％-50％。
[0022]
所述基體為金屬板、玻璃板、陶瓷、高分子類板材或者織物。
[0023]
所述蒸發(fā)溶劑的時(shí)間為5min～48h。
[0024]
本發(fā)明的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的制備方法，利用層狀雙金屬氫氧化物和季銨化酚酞聚芳醚砜在極性非質(zhì)子溶劑中之間具有靜電、氫鍵等相互作用的特性，通過(guò)層狀雙金屬氫氧化物剝層、與季銨化酚酞聚芳醚砜共混以來(lái)實(shí)現(xiàn)具有致密均一有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜的制備。
[0025]
與現(xiàn)有技術(shù)相比，帶來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新在于：
[0026]
該方法將層狀雙金屬氫氧化物高表面電荷密度、高離子傳導(dǎo)性能、表面具有廣泛氫鍵網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)以及季銨化酚酞聚芳醚砜陰離子交換材料獨(dú)特微相分離結(jié)構(gòu)，良好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性能、低的膜面電阻和優(yōu)異電滲析性能等優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，提供了一種新型狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化陰離子交換膜的制備方法。
[0027]
2、該雜化膜制備方法具有操作簡(jiǎn)便、易于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的特點(diǎn)；
[0028]
3、所得的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜具有良好的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，較高的離子傳導(dǎo)性能以及優(yōu)異的電滲析性能，在電滲析脫鹽或者濃縮領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
附圖說(shuō)明
[0029]
圖1為實(shí)例1制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌圖，其中，(a)圖為膜表面形貌，(b)圖為膜整體斷面形貌。
[0030]
圖2為實(shí)例2制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌圖，其中，(a)圖為膜表面形貌，(b)圖為膜整體斷面形貌。
[0031]
圖3為實(shí)例3制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌圖，其中，(a)圖為膜表面形貌，(b)圖為膜整體斷面形貌。
[0032]
圖4為實(shí)例4制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌圖，其中，(a)圖為膜表面形貌，(b)圖為膜整體斷面形貌。
[0033]
圖5為實(shí)例5制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌圖，其中，(a)圖為膜表面形貌，(b)圖為膜整體斷面形貌。
[0034]
圖6為實(shí)例6制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌圖，其中，(a)圖為膜表面形貌，(b)圖為膜整體斷面形貌。
[0035]
圖7為實(shí)例7制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌圖，其中，(a)圖為膜表面形貌，(b)圖為膜整體斷面形貌。
[0036]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
[0037]
本技術(shù)的研究思路是，利用二維層狀雙金屬氫氧化物(ldh)本身良好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性能，通過(guò)季銨化酚酞聚芳醚砜陰離子交換材料共混來(lái)制備有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜，進(jìn)而利用ldh與季銨化酚酞聚芳醚砜之間的協(xié)同作用來(lái)進(jìn)一步提高相應(yīng)離子交換膜的離子傳導(dǎo)性能和電滲析性能。
[0038]
本實(shí)施例給出一種層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的制備方法，按以下步驟制備：
[0039]
1)層狀雙金屬氫氧化物納米片(以下簡(jiǎn)稱ldh)在第一極性非質(zhì)子溶劑中剝層分散，得到濃度為0.1g/l-80g/l的層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液；在以下實(shí)施例中濃度優(yōu)選0.5-30g/l。
[0040]
2)將季銨化酚酞聚芳醚砜攪拌充分溶解在第二極性非質(zhì)子溶劑中，經(jīng)充分?jǐn)嚢璧觅|(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt％～40wt％第一鑄膜液l-1；優(yōu)選5wt％～25wt％；
[0041]
3)向第一鑄膜液l-1中加入步驟1)所述的層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液，加熱超聲得第二鑄膜液l-2；
[0042]
4)對(duì)第二鑄膜液l-2進(jìn)行過(guò)濾、真空或超聲脫泡，脫泡時(shí)間為1min～24h，得第三鑄膜液l-3；
[0043]
5)將第三l-3涂覆在基底上，所述基底為金屬板、玻璃板、陶瓷、高分子類板材或者織物中的任意一種，在60℃～180℃度下蒸發(fā)溶劑，優(yōu)選60℃～100℃，蒸發(fā)時(shí)間為5min～48h，最后在水中浸泡，浸泡時(shí)間為1h～48h，得到層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜。
[0044]
本實(shí)施例中，步驟1)制備層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液的步驟是：
[0045]
將層狀雙金屬氫氧化物納米片(ldh)分散于極性非質(zhì)子溶劑中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，通過(guò)加熱超聲的方法制備單層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液。
[0046]
所述層狀雙金屬氫氧化物的結(jié)構(gòu)通式為：
[0047]
[m
n+1-xmx3+
(oh)2]
x+yn-x/n
·
mh2o；
[0048]
式中，m
n+
為mg
2+
、zn
2+
、co
2+
、mn
2+
、li
+
、cu
2+
等一價(jià)或者二價(jià)離子；m
3+
為al
3+
、cr
3+
、co
3+
、fe
3+
、sc
3+
等三價(jià)金屬離子，y
n-為層間插層的陰離子，所述陰離子是oh-、cl-、no
3-、co
32-或者so
42-無(wú)機(jī)及有機(jī)陰離子x為m
2+
/(mg
2+
+m
3+
)的摩爾比例，x通常在0.2-0.33之間，n為1以上的整數(shù)，m為層間結(jié)晶水的數(shù)目。
[0049]
在以下實(shí)施例中優(yōu)選mgal-cl-ldh，mgal-no
3-ldh，znal-cl-ldh，lial-cl-ldh。
[0050]
所述的第一極性非質(zhì)子性溶劑選用n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)或二甲基亞砜(dmso)等，并具有以下特征：
[0051]
(1)在溶劑中l(wèi)dh可通過(guò)攪拌/超聲等方法被剝層為單層納米片形式；
[0052]
(2)對(duì)季銨化酚酞聚芳醚砜具有良好的溶解性；
[0053]
(3)在溶劑中l(wèi)dh和季銨化酚酞聚芳醚砜可形成均一的分散體系；
[0054]
在以下實(shí)施例中優(yōu)選n,n-二甲基甲酰胺(dmf)，二甲基亞砜(dmso)。
[0055]
步驟2)所述季銨化酚酞聚芳醚砜膜材料化學(xué)結(jié)構(gòu)為：
[0056][0057]
式中，r
+
代表不同陽(yáng)離子功能基團(tuán)，是上述季銨類和雜環(huán)類陽(yáng)離子中一種或幾種。
[0058]
在以下的實(shí)施例中，功能基團(tuán)優(yōu)選吡咯烷環(huán)銨基團(tuán)、嗎啉環(huán)銨基團(tuán)、環(huán)銨基團(tuán)、哌嗪環(huán)銨基團(tuán)、硫代嗎啉環(huán)銨基團(tuán)以及基于三甲胺季銨陽(yáng)離子基團(tuán)；
[0059]
所述ldh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜的質(zhì)量百分比為0.1％-50％，以下實(shí)施例優(yōu)選0.2％-15％。
[0060]
本實(shí)施例中，所述第一鑄膜液l-1所用的第一有機(jī)溶劑選用n,n-二甲基甲酰胺
(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亞砜(dmso)等極性非質(zhì)子性溶劑中的一種或者幾種。
[0061]
本實(shí)施例中，第一鑄膜液l-1的濃度為3wt％～40wt％，ldh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜的質(zhì)量百分比為0.1％-50％。
[0062]
所述基體為金屬板、玻璃板、陶瓷、高分子類板材或者織物。
[0063]
所述蒸發(fā)時(shí)間為5min～48h，水中浸泡時(shí)間為1h～48h。
[0064]
在以下的實(shí)施例中，優(yōu)選吡咯烷環(huán)銨基團(tuán)、嗎啉環(huán)銨基團(tuán)、環(huán)銨基團(tuán)、哌嗪環(huán)銨基團(tuán)、硫代嗎啉環(huán)銨基團(tuán)以及基于三甲胺季銨陽(yáng)離子基團(tuán)；
[0065]
以下是發(fā)明人給出的具體實(shí)施例。
[0066]
實(shí)施例1：
[0067]
本實(shí)施例給出一種層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜(mor/3％ldh)的制備，所使用的季銨化聚合物包含嗎啉環(huán)銨基團(tuán)，其具體結(jié)構(gòu)式為：
[0068][0069]
在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將0.015g的mgal-cl-ldh分散于3mln,n-二甲基甲酰胺(dmf)，60℃下超聲3h，制得層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液，記得ldh納米片分散液。
[0070]
取0.5g上述聚合物溶于5ml的dmf中室溫?cái)嚢?h后得第一鑄膜液l-1。
[0071]
將濃度為7.5g/l的ldh納米片分散液與鑄膜液l-1混合得到第二鑄膜液l-2，在l-2中l(wèi)dh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜的質(zhì)量百分比為3％。
[0072]
對(duì)第二鑄膜液l-2進(jìn)行過(guò)濾，并進(jìn)行真空或超聲脫泡，脫泡時(shí)間為30min，得第三鑄膜液l-3。
[0073]
將第三鑄膜液l-3均勻地涂敷在玻璃板上。在100℃蒸發(fā)2h。溶劑蒸發(fā)步驟后，將上述包含基底膜片浸泡在ro水或up水中，室溫浸泡1h得到層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜。
[0074]
層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌測(cè)試：采用掃描電鏡對(duì)膜的形貌進(jìn)行觀察。
[0075]
層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的電滲析脫鹽性能測(cè)試：采用自制的四格室裝置進(jìn)行測(cè)試。
[0076]
本實(shí)例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜(mor/3％ldh)，其表面形貌如圖1(a)所示，圖1(b)為所述層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜(mor/3％ldh)的整體斷面形貌。可以看出該層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜(mor/3％ldh)表面及斷面均勻分布ldh納米片。在電滲析脫鹽實(shí)驗(yàn)中，其鹽通量達(dá)到88.7(mg m-2
s-1
)，電流效率高達(dá)99％，能耗為5.8kwh kg-1
。
[0077]
實(shí)施例2：
[0078]
本實(shí)施例與實(shí)施例1采用相同的季銨化聚合物。不同的是添加ldh納米片分散液濃
度為20g/l，ldh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜的質(zhì)量百分比為8％，其余條件與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜(mor/8％ldh)的形貌表征方法和電滲析脫鹽性能測(cè)試方法同實(shí)施例1。所測(cè)得的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜在電滲析脫鹽實(shí)驗(yàn)中，其鹽通量達(dá)到92.5(mg m-2
s-1
)，電流效率高達(dá)98％，能耗為6.0kwh kg-1
。
[0079]
本實(shí)例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的表面形貌如圖2(a)所示，圖2(b)為層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的整體斷面形貌。
[0080]
實(shí)施例3：
[0081]
本實(shí)施例與實(shí)施例1采用相同的季銨化聚合物。不同的是添加ldh納米片分散液濃度為30g/l，ldh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜的質(zhì)量百分比為12％，其余條件與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜(mor/12％ldh)的形貌表征方法和電滲析脫鹽性能測(cè)試方法同實(shí)施例1。所測(cè)得的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜在電滲析脫鹽實(shí)驗(yàn)中，其鹽通量達(dá)到88.5(mg m-2
s-1
)，電流效率高達(dá)98％，能耗為5.2kwh kg-1
。
[0082]
本實(shí)例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的表面形貌如圖3(a)所示，圖3(b)為層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的整體斷面形貌。
[0083]
實(shí)施例4：
[0084]
本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別在于：本實(shí)施例所使用的季銨化聚合物包含吡咯烷環(huán)銨基團(tuán)，其具體結(jié)構(gòu)式為：
[0085][0086]
所用添加ldh納米片分散液濃度為20g/l，ldh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜的質(zhì)量百分比為8％，其余條件與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜(py/12％ldh)的形貌表征方法和電滲析脫鹽性能測(cè)試方法同實(shí)施例1。所測(cè)得的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜在電滲析脫鹽實(shí)驗(yàn)中，其鹽通量達(dá)到89.5(mg m-2
s-1
)，電流效率高達(dá)97％，能耗為5.0kwh kg-1
。
[0087]
本實(shí)例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的表面形貌如圖4(a)所示，圖4(b)為層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的整體斷面形貌。
[0088]
實(shí)施例5：
[0089]
本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別在于：本實(shí)施例所使用的季銨化聚合物包含環(huán)銨基團(tuán)，其具體結(jié)構(gòu)式為：
[0090][0091]
所用添加ldh納米片分散液濃度為20g/l，ldh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜的質(zhì)量百分比為8％，其余條件與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜(pi/12％ldh)的形貌表征方法和電滲析脫鹽性能測(cè)試方法同實(shí)施例1。所測(cè)得的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜在電滲析脫鹽實(shí)驗(yàn)中，其鹽通量達(dá)到88.5(mg m-2
s-1
)，電流效率高達(dá)98％，能耗為4.9kwh kg-1
。
[0092]
本實(shí)例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的表面形貌如圖5(a)所示，圖5(b)為層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的整體斷面形貌。
[0093]
實(shí)施例6：
[0094]
本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別在于：本實(shí)施例所使用的季銨化聚合物包含三甲銨基團(tuán)，其具體結(jié)構(gòu)式為：
[0095][0096]
所用添加ldh納米片分散液濃度為20g/l，ldh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜的質(zhì)量百分比為8％，其余條件與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌表征方法和電滲析脫鹽性能測(cè)試方法同實(shí)施例1。所測(cè)得的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜在電滲析脫鹽實(shí)驗(yàn)中，其鹽通量達(dá)到77.4(mg m-2
s-1
)，電流效率為85％，能耗為6.5kwh kg-1
。
[0097]
本實(shí)例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的表面形貌如圖6(a)所示，圖6(b)為層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的整體斷面形貌。
[0098]
實(shí)施例7：
[0099]
本實(shí)施例與實(shí)施例3的區(qū)別在于：本實(shí)施例所使用的季銨化聚合物包含哌嗪基團(tuán)，其具體結(jié)構(gòu)式為：
[0100][0101]
所用添加ldh納米片分散液濃度為20g/l，ldh納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜的質(zhì)量百分比為8％，其余條件與實(shí)施例1相同，本實(shí)施例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的形貌表征方法和電滲析脫鹽性能測(cè)試方法同實(shí)施例1，所測(cè)得的層狀
雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜在電滲析脫鹽實(shí)驗(yàn)中，其鹽通量達(dá)到96.2(mg m-2
s-1
)，電流效率為82％，能耗為4.5(kwh kg-1
)。
[0102]
本實(shí)例制備的層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的表面形貌如圖7(a)所示，圖7(b)為層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的整體斷面形貌。
技術(shù)特征：
1.一種層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的制備方法，其特征在于，按以下步驟制備：1)將層狀雙金屬氫氧化物納米片在第一極性非質(zhì)子溶劑中剝層分散，得到濃度為0.1g/l-80g/l的層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液；2)將季銨化酚酞聚芳醚砜膜材料溶解在第二極性非質(zhì)子溶劑中，經(jīng)充分?jǐn)嚢璧玫谝昏T膜液l-1；3)向第一鑄膜液l-1中加入步驟1)所述的層狀雙金屬氫氧納米片分散液，加熱超聲得第二鑄膜液l-2；4)對(duì)第二鑄膜液l-2進(jìn)行過(guò)濾、真空或超聲脫泡，得第三鑄膜液l-3；5)將第三l-3涂覆在基底上，在60℃～180℃度下蒸發(fā)溶劑，最后在水中浸泡1h～48h，得到層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述層狀雙金屬氫氧化物的結(jié)構(gòu)通式為：[m
n+1-x
m
x3+
(oh)2]
x+
y
n-x/n
·
mh2o；式中，m
n+
為mg
2+
、zn
2+
、co
2+
、mn
2+
、li
+
、cu
2+
等一價(jià)或者二價(jià)離子；m
3+
為a1
3+
、cr
3+
、co
3+
、fe
3+
、sc
3+
等三價(jià)金屬離子，y
n-為層間插層的陰離子，所述陰離子是oh-、c1-、no
3-、co
32-或者so
42-無(wú)機(jī)及有機(jī)陰離子，x為m
2+
/(mg
2+
+m
3+
)的摩爾比例，x取值在0.2-0.33之間，n為1以上的整數(shù)，m為層間結(jié)晶水的數(shù)目。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一極性非質(zhì)子性溶劑選用n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亞砜(dmso)其中的一種或者幾種。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述季銨化酚酞聚芳醚砜膜材料化學(xué)結(jié)構(gòu)為：r
+
：式中，r
+
代表不同陽(yáng)離子功能基團(tuán)，是上述季銨類和雜環(huán)類陽(yáng)離子中一種或幾種。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二極性非質(zhì)子溶劑為n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亞砜(dmso)中的一種或者幾種。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一鑄膜液l-1的濃度為3wt％～40wt％，所述層狀雙金屬氫氧化物納米片與季銨化酚酞聚芳醚砜膜材料的質(zhì)量百分比為0.1％-50％。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基體為金屬板、玻璃板、陶瓷、高分子類板材或者織物。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸發(fā)溶劑的時(shí)間為5min～48h。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜的制備方法，將層狀雙金屬氫氧化物納米片在第一極性非質(zhì)子溶劑中剝層分散，得到層狀雙金屬氫氧化物納米片分散液；再將季銨化酚酞聚芳醚砜膜材料溶解在第二極性非質(zhì)子溶劑中，經(jīng)充分?jǐn)嚢璧玫谝昏T膜液L-1；向第一鑄膜液L-1中加入層狀雙金屬氫氧納米片分散液，加熱超聲得第二鑄膜液L-2；對(duì)第二鑄膜液L-2進(jìn)行過(guò)濾、真空或超聲脫泡，得第三鑄膜液L-3；將第三L-3涂覆在基底上，在合適溫度下蒸發(fā)溶劑，在水中浸泡，得到層狀雙金屬氫氧化物/季銨化酚酞聚芳醚砜雜化膜。該膜具有良好力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和離子傳導(dǎo)性能，在電滲析脫鹽或者濃縮領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。前景。
