四種常見的雙極膜制備方法

雙極膜亦稱雙極性膜，是特種離子交換膜，它是由一張陽膜和一張陰膜復(fù)合制成的陰、陽復(fù)合膜。該膜的特點(diǎn)是在直流電場的作用下，陰、陽膜復(fù)合層間的H2O解離成H+和OH-并分別通過陰膜和陽膜，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、陽離子交換膜層熱壓成型法

　　這種方法的基本過程是將干燥的陰、陽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，可能會因?yàn)殛帯㈥杻赡拥南嗷B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、陽離子交換膜層粘合成型法

　　這種方法的基本過程是用粘合劑分別涂覆陰、陽離子交換膜的內(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程是在陰離子交換膜層上覆蓋一層分散有陽離子交換樹脂的聚合物溶液，或者在陽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，在覆蓋前可對陰膜層或陽膜層的表面進(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、陽離子交換基團(tuán)法

　　這種制備方法的基本過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、二乙烯苯及過氧化苯甲酰的混合溶液制得基膜，通過覆蓋保護(hù)的方法，一側(cè)氯磺化、水解得陽膜層，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)長時(shí)間后，也不會在兩膜層出現(xiàn)氣泡或液泡，兩膜層不會分離，離子交換基團(tuán)基本不會損失。

　　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，樹脂粒子也不會輕易脫落。