石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜及其制備方法，該離子交換膜含有以下成分：聚丙烯樹脂、聚異丁烯、石墨烯粉、離子交換樹脂、尼龍網、顏料、硬脂酸鈣和偶聯劑。其制備方法包括：利用密煉混合法、石墨烯溶劑分散法或乳液聚合法制備導電聚丙烯導電樹脂；將制備離子交換膜所需的離子交換樹脂干燥、利用磨機粉碎再通過振動篩篩分得到所需粒度的離子交換樹脂粉末；進一步進行混煉、擠壓等步驟制得石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜。本發明專利技術交換膜可以有效降低電去離子模塊(EDI)及電滲析的膜電阻(ED)，可以有效降低電去離子模塊及電滲析的運行能耗。

Graphene modified low film resistance heterogeneous ion exchange membrane and preparation method thereof

The invention discloses a graphene modified low resistance film heterogeneous ion exchange membrane and preparation method thereof, the ion exchange membrane contains the following components: polypropylene resin, polyisobutylene, graphite powder, resin, nylon nets, pigment, calcium stearate and silane coupling agent exchange. The preparation method comprises the following steps: using the mixer mixing method, graphene solvent dispersion or emulsion preparation of conductive polypropylene conductive resin polymerization method; the preparation of ion exchange membrane ion exchange resin for drying and grinding by using vibration sieve by ion exchange resin required size of powder; further mixing, extrusion step prepared graphene modified low membrane resistance heterogeneous ion exchange membrane. The exchange film can effectively reduce the membrane resistance (ED) of the electro deionization module (EDI) and electrodialysis, and can effectively reduce the operation energy consumption of the electro deionization module and electrodialysis.

【技術實現步驟摘要】
石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜及其制備方法
本專利技術屬于改性離子交換膜
，特別是涉及一種石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜及其制備方法。
技術介紹
離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。因為一般在應用時主要是利用它的離子選擇透過性，所以也稱為離子選擇透過性膜。離子交換膜分均相膜和非均相膜兩類，它們可以采用高分子的加工成型方法制造。均相膜先用高分子材料如丁苯橡膠、纖維素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等制成膜，然后引入單體如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，在膜內聚合成高分子，再通過化學反應，引入所需的功能基團。均相膜也可以通過單體如甲醛、苯酚、苯酚磺酸等直接聚合得到。非均相膜用粒度為200～400目的離子交換樹脂和尋常成膜性高分子材料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、氟橡膠等充分混合后加工成膜。電去離子Electrodeionization(EDI即（填充床電滲析），是利用混合離子交換樹脂吸附給水中的陰陽離子，同時這些被吸附在離子交換樹脂上的離子在直流電的作用下分別通過陰陽離子交換膜而被除去的過程。目前電去離子裝置所采用的離子交換膜主要為異相膜，多采用提高膜片厚度或采用阻隔性更好地聚丙烯作為粘合劑進行生產。但是上述方法在有效提高了EDI用離子交換膜的抗水透過性的同時，膜片的膜電阻與普通離子交換膜相比提高很多，膜電阻由10Ω.cm2增加到20Ω.cm2。過高的膜電阻導致EDI模塊的內電阻增大運行能耗增加。由于大型EDI模塊的膜對數量在幾十對以上，而膜電阻的增加導致的模塊運行電壓顯著的增大。因此有必要對EDI用離子交換膜進行改進，在保證離子交換膜的選擇性和抗水透過性的同時降低離子交換膜的膜電阻。
技術實現思路
本專利技術的第一目的是提供一種石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，本專利技術的第二目的是提供一種石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法，以解決現有異相離子交換膜膜電阻較高的問題。為了實現上述第一目的，本專利技術提供一種石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，其含有以下成分：聚丙烯樹脂、聚異丁烯、石墨烯粉、離子交換樹脂、尼龍網、顏料、硬脂酸鈣和偶聯劑。本專利技術如上所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，優選的，各成分的重量份為：聚丙烯樹脂20～23、聚異丁烯4～6、石墨烯粉0.02～1.0、離子交換樹脂70～74、顏料0.02～0.05、硬脂酸鈣1.0～1.2、偶聯劑0.01～0.1。本專利技術如上所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，優選的，所述離子交換樹脂為陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂。更優選的，陽離子交換樹脂為凝膠型強酸性陽離子交換樹脂；陰離子交換樹脂為凝膠型強堿性陰離子交換樹脂。再優選的，陽離子交換樹脂為凝膠型強酸性陽離子交換樹脂101X7；陰離子交換樹脂為凝膠型強堿性陰離子交換樹脂201X7。本專利技術如上所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，優選的，所述聚丙烯樹脂為無規共聚物。本專利技術如上所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，優選的，石墨烯為采用水合肼還原的氧化石墨烯，利用hummers法制備。更優選的，所述石墨烯為2層～9層結構的石墨烯。為了實現上述第二目的，本專利技術提供一種石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法，包括以下兩個步驟：步驟1，導電聚丙烯的制備；步驟2，模壓法制備石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜。優選的，導電聚丙烯的制備方法為密煉混合法；步驟1，將聚丙烯樹脂與石墨烯粉、偶聯劑在密煉機內密煉混合均勻；三者的重量配比為：聚丙烯20重量份、石墨烯0.2～1.0重量份、硅烷偶聯劑0.1～0.5重量份；步驟2，步驟1所得物質在雙輥混煉機內于140℃～160℃進行混煉，物質塑化完全后與聚異丁烯進行熔融接枝制備導電聚丙烯樹脂；優選的，導電聚丙烯的制備方法為超聲溶液分散法；步驟1，將石墨烯與低沸點機溶劑用超聲波分散成均一混合液，將聚丙烯樹脂粉末與上述混合液混合同時繼續用超聲或攪拌使之成為均一的懸濁液；低沸點機溶劑為無水乙醇或丙酮；步驟2，將上述均一懸濁液在真空條件下過濾得到聚丙烯與石墨烯的均一混合物。步驟3，將上述混合物干燥后在雙輥混煉機內于140℃～160℃進行混煉，物質塑化完全后與聚異丁烯進行熔融接枝制備導電聚丙烯樹脂。優選的，粘合劑導電聚丙烯的制備方法為石墨烯分散反應乳液丙烯乳液聚合法：步驟1，將石墨烯與聚丙烯的聚合反應乳液通過攪拌或超聲分散成均一混合液，將丙烯通入反應體系中，在引發劑的作用下發生聚合反應，反應過程中生成的聚丙烯與石墨烯粉體纏繞混合，反應結束后在乳液中生成與石墨烯充分纏繞混合的聚丙烯粉體。步驟2，將反應生成的含有石墨烯充分纏繞混合的聚丙烯粉體的反應乳液經固液分離、干燥得到分散混合良好聚丙烯石墨烯混合體。步驟3，將上述混合物干燥后在雙輥混煉機內于140℃～160℃進行混煉，物質塑化完全后與聚異丁烯進行熔融接枝制備導電聚丙烯樹脂。優選的，石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法，包括以下兩個步驟：步驟1，制備離子交換膜所需的離子交換樹脂干燥、利用磨機粉碎再通過振動篩篩分得到所需粒度的離子交換樹脂粉末；步驟2，將將導電聚丙烯樹脂、離子交換樹脂粉末及導電樹脂、顏料混煉均勻，混煉好的物料外觀顏色均一，樹脂粉分散良好；步驟3，將步驟2中混煉好的物料在壓延機上擠出壓片，片材厚度為0.2mm～0.3mm，將尼龍網置于兩片片材中間，在熱壓機底板及片材上表面鋪少量硬脂酸鈣作脫模劑；鋪好后在熱壓機上熱壓合而得石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜。優選的，在步驟3中，熱壓機的壓力為10MPa～15MPa，熱壓進行的時間為40min～50min。本專利技術的有益效果是：本專利技術石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜可以有效降低EDI模塊及電滲析的膜電阻，膜電阻由20Ω.cm2降至5Ω.cm2，同時EDI專用膜的抗透水性也有所提高，水透過率由小于0.15ml/h·cm2。EDI專用膜以上技術指標的改善可以有效降低EDI模塊及電滲析的運行能耗，同時抗透水性的提高也有助于EDI模塊的產水水質的穩定與提高。可以用于低電阻EDI模塊的開發，已有EDI模塊的維修改造以及其他電驅動膜分離設備的制造及改造，如電滲析等。附圖說明圖1為本專利技術一種實施例的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法示意圖；圖2為本專利技術第一種實施例的導電聚丙烯的制備方法流程示意圖；圖3為本專利技術第二種實施例的導電聚丙烯的制備方法流程示意圖；圖4為本專利技術第三種實施例的導電聚丙烯的制備方法流程示意圖。附圖標記：1、聚丙烯樹脂，2、石墨烯粉，3、密煉機，4、聚異丁烯，5、聚丙烯石墨烯混合物，6、陽離子交換樹脂，7、陰離子交換樹脂，8、磨機，9、振動篩，10、壓延機，11、尼龍網，12、熱壓機，13、石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，14、顏料，15、硬脂酸鈣，16、偶聯劑，17、干燥器，18、雙棍混煉機，19、低沸點有機溶劑，20、超聲分散裝置，21、攪拌混合裝置，22、真空過濾裝置，23、丙烯聚合反應乳液，24、丙烯，25、丙烯聚合反應釜。具體實施方式在此記載的實施例為本專利技術的特定的具體實施方式，用于說明本專利技術的構思，均是解釋性和示例性的，不應解釋為對本專利技術實施方式及本專利技術范圍的限制。除在此記載的實施例外，本領域本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，其含有以下成分：聚丙烯樹脂、聚異丁烯、石墨烯粉、離子交換樹脂、尼龍網、顏料、硬脂酸鈣和偶聯劑。

【技術特征摘要】
1.一種石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，其含有以下成分：聚丙烯樹脂、聚異丁烯、石墨烯粉、離子交換樹脂、尼龍網、顏料、硬脂酸鈣和偶聯劑。2.根據權利要求1所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，其特征在于，各成分的重量份為：聚丙烯樹脂20～23、聚異丁烯4～6、石墨烯粉0.02～1.0、離子交換樹脂70～74、顏料0.02～0.05、硬脂酸鈣1.0～1.2、偶聯劑0.01～0.1。3.根據權利要求1或2所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，其特征在于，所述離子交換樹脂為陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂；所述聚丙烯樹脂為無規共聚物。4.根據權利要求3所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，其特征在于，陽離子交換樹脂為凝膠型強酸性陽離子交換樹脂；陰離子交換樹脂為凝膠型強堿性陰離子交換樹脂。5.根據權利要求4所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜，其特征在于，石墨烯為采用水合肼還原的氧化石墨烯，利用hummers法制備。6.石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法，包括以下兩個步驟：步驟1，導電聚丙烯的制備；步驟2，模壓法制備石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜。7.根據權利要求6所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法，其特征在于，導電聚丙烯的制備方法為密煉混合法；步驟1，將聚丙烯樹脂與石墨烯粉、偶聯劑在密煉機內密煉混合均勻；步驟2，步驟1所得物質在雙輥混煉機內于140℃～160℃進行混煉，物質塑化完全后與聚異丁烯進行熔融接枝制備導電聚丙烯樹脂。8.根據權利要求6所述的石墨烯改性低膜電阻異相離子交換膜的制備方法，其特征在于，導電聚丙烯的制備方法為超聲溶液分散法；步驟1，將石墨烯與低沸點機...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張平原，張平凡，孫占威，任大超，趙寰宇，
申請(專利權)人：趙寰宇，
類型：發明
國別省市：北京,11