【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及陰離子交換膜，尤其涉及一種一二價陰離子分離膜的制備方法和應用。
技術介紹
1、近年來，在工業的迅速發展過程中，水環境面臨了嚴峻的挑戰。其中，高鹽廢水和堿性廢液的大量排放成為了突出問題，不僅數量龐大，而且涵蓋諸多領域，如地下水污染(主要污染物包括f-、cl-、br-、no3-和so42-)、煤化工企業產生的高鹽廢水(含cl-、so42-)以及金屬礦冶煉過程中的堿洗廢液(含oh-、wo42-、moo42-等)。鑒于此，針對此類廢液的有效治理顯得尤為緊迫，其關鍵在于實現無機鹽和堿回收再利用。達到此目標的基本前提是能夠分離具有相同電荷但不同價態的陰離子。在眾多膜分離技術中，電滲析技術因其高效節能和對環境友好的特性而受到廣泛關注。特別是，選擇性電滲析技術通過采用一二價陰離子交換膜作為核心材料，能夠在特定體系中實現一價和二價陰離子的精確分離。該技術具有允許一價陰離子通過而阻止二價或多價陰離子透過的獨特性能，已在海水淡化和鹵水分鹽過程中的cl-/so42-分離等應用領域顯示出其獨特的優勢。雖然，國內在一二價陰離子選擇性分離膜的發展方面雖已取得顯著進步，但仍存在一些挑戰，包括陰離子選擇性的提高以及化學穩定性的增強等。
2、目前，關于陰離子選擇性分離膜的制備主要集中在對商業離子交換膜進行表面改性和聚合物分子鏈結構設計上。ruan等研究者(journal?ofmembrane?science，550(2018)427-435)報道一種通過磺化聚多巴胺在商業陰離子交換膜表面形成一層荷負電層的方法制備的陰離子膜，用于電滲析過程
3、綜上所述，盡管在提升陰離子選擇性分離膜的離子通量與選擇性方面已取得一定進展，但仍存在較大的改善空間?，F階段研究主要集中在中性溶液體系，對膜的化學穩定性的要求相對較低。而對于能在高濃度堿性條件下穩定運行，實現氫氧根與含氧金屬酸根離子有效分離的陰離子分離膜的研究則相對較少。即便是現有的商業化一價陰離子選擇性分離膜，其耐堿性也不盡人意。鑒于現有技術的這些局限，本專利技術目的在于提出一種化學性穩定、操作簡便及高效的一二價陰離子選擇性分離膜制備方法。
技術實現思路
1、本專利技術針對現有技術的不足，旨在提供一種一二價陰離子分離膜的制備方法和應用，本專利技術制備的一二價陰離子分離膜具有更高的一價陰離子的滲透通量和選擇性。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案：
3、本專利技術的目的之一在于提供一種一二價陰離子分離膜，基于原位雜化策略，將荷負電的石墨烯量子精確分布在側鏈含有陽離子基團無醚芳基聚合物的離子簇區，通過分子水平組裝，即利用石墨烯量子點負電性誘導側鏈聚集，形成微相分離結構，構筑貫穿的離子通道，同時增強對二價陰離子的排斥的作用，制得一種一二價陰離子分離膜。
4、本專利技術的目的之二在于提供根據前述的膜結構特征獲得一種一二價陰離子分離膜的制備方法。
5、包括以下步驟：
6、s1、制備聚合物主鏈：芳烴類單體與n-甲基-4-哌啶酮在超酸催化的條件下制備主鏈為聚芳基哌啶結構的聚合物；
7、s2、聚合物主鏈離子化：步驟s1制備的聚合物與(n-溴烷基)-1-甲基哌啶鎓類單體，通過門秀金反應制備側鏈含有陽離子基團哌啶鎓類無醚芳烴聚合物；
8、s3、原位雜化策略制備均相膜液：將步驟s2制備的哌啶鎓類無醚芳烴聚合物溶于有機溶劑中，加入一定濃度水溶性的石墨烯量子點前驅體，通過微波輔助技術，原位制備含有荷負電的石墨烯量子點均相膜液；
9、s4、分子水平組裝：采用流延法或刮涂法將s3均相膜液涂敷在加熱板上，在溶劑蒸發過程中實現聚合物與石墨烯量子點的分子水平組裝，即荷負電石墨烯量子點誘導荷正電的側鏈聚集，同時荷負電石墨烯量子點分布在離子通道內，獲得一二價陰離子分離膜。
10、包括以下具體步驟：
11、1.制備聚合物主鏈
12、將芳烴類單體溶解在有機溶劑中，冰浴(0℃)攪拌，完全溶解；加入n-甲基-4-哌啶酮，逐滴加入三氟乙酸和三氟甲磺酸，0℃反應2-12h，將粘稠的聚合物倒入堿液中，析出白色或微黃色沉淀，室溫浸泡12-24h，去離子水洗滌多次，得到白色固體產物，在60-80℃烘箱中干燥8-24h，即得主鏈為聚芳基哌啶結構的聚合物。
13、優選地，所述芳烴類單體為聯苯、間三聯苯、對三聯苯、四聯苯、四苯基甲烷、1,3,5-三苯基苯、9,10-二甲基-4a,9,9a,10-四氫-9,10-甲基蒽和(s)-3,3,3',3'-四甲基-2,2',3,3'-四氫-1,1'-螺雙[茚]中的一種。
14、結構式如下所示：
15、
16、
17、優選地，所述的有機溶劑為二氯甲烷和氯仿中的一種或兩種混合。
18、優選地，所述芳烴類單體與有機溶劑的摩爾比為1:3-8。
19、優選地，所述芳烴類單體與n-甲基-4-哌啶酮的摩爾比例為1:1-1.4。
20、優選地，所述三氟乙酸與n-甲基-4-哌啶酮的摩爾比為1:1-1.4。
21、優選地，所述三氟甲磺酸與n-甲基-4-哌啶酮的摩爾比為1:8-12。
22、優選地，所述堿液為naoh、koh、k2co3中的一種或幾種混合，濃度為1.0-2.0mol?l-1。
23、2.聚合物主鏈離子化
24、主鏈聚芳基哌啶聚合物溶解在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中，引入(n-溴烷基)-1-甲基哌啶鎓類單體，通過門秀金反應，在有機溶劑中沉淀固體，水洗，獲得側鏈含有陽離子哌啶鎓類無醚芳烴聚合物。
25、優選地，所述(n-溴烷基)-1-甲基哌啶鎓類單體為(8-溴烷基)-1-甲基哌啶鎓溴鹽、(7-溴烷基)-1-甲基本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中主鏈聚芳基哌啶聚合物的制備方法具體包括：
3.根據權利要求2所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述芳烴類單體為聯苯、對三聯苯、間三聯苯、四聯苯、四苯基甲烷、1,3,5-三苯基苯、9,10-二甲基-4a,9,9a,10-四氫-9,10-甲基蒽和(S)-3,3,3',3'-四甲基-2,2',3,3'-四氫-1,1'-螺雙[茚]中的一種；
4.根據權利要求1所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中側鏈含有陽離子基團哌啶鎓類無醚芳烴聚合物的制備方法具體包括：
5.根據權利要求4所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述(n-溴烷基)-1-甲基哌啶鎓類單體的制備方法為溴單體與1-甲基哌啶在乙酸乙酯中25-40℃反應24-96h，乙酸乙酯多次洗滌、過濾；
6.根據權利要求1所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述
7.根據權利要求6所述的一種一二價陰離子選擇性分離膜的制備方法，其特征在于，所述石墨烯量子點的前軀體包括：檸檬酸、檸檬酸和氨基磺酸混合物、檸檬酸和氨基磷酸混合物中任意一種；
8.根據權利要求1所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中分子水平組裝過程具體包括：
9.一種根據權利要求1-8任意一項所述的一二價陰離子分離膜的制備方法得到的一二價陰離子分離膜。
10.一種根據權利要求9所述的一二價陰離子分離膜應用于一二價陰離子分離，其特征在于：所述一二價陰離子分離采用電滲析方式；所述一二價陰離子體系為Cl-/SO42-或F-/SO42-或Br-/SO42-NO3-/SO42-或OH-/WO42-或OH-/MoO42-二元體系中的一種或Cl-，F-，Br-，NO3-/SO42-五元體系或OH-/WO42-，MoO42-三元體系。
...【技術特征摘要】
1.一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中主鏈聚芳基哌啶聚合物的制備方法具體包括：
3.根據權利要求2所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述芳烴類單體為聯苯、對三聯苯、間三聯苯、四聯苯、四苯基甲烷、1,3,5-三苯基苯、9,10-二甲基-4a,9,9a,10-四氫-9,10-甲基蒽和(s)-3,3,3',3'-四甲基-2,2',3,3'-四氫-1,1'-螺雙[茚]中的一種；
4.根據權利要求1所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中側鏈含有陽離子基團哌啶鎓類無醚芳烴聚合物的制備方法具體包括：
5.根據權利要求4所述的一種一二價陰離子分離膜的制備方法，其特征在于，所述(n-溴烷基)-1-甲基哌啶鎓類單體的制備方法為溴單體與1-甲基哌啶在乙酸乙酯中25-40℃反應24-96h，乙酸乙酯多次洗滌、過濾；
...【專利技術屬性】
技術研發人員：崔鵬，顧晶晶，冉瑾，洪自強，張隨心，
申請(專利權)人：合肥工業大學，
類型：發明
國別省市：
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