新材料及其应用

一种借助于氢键作用力来提升性能的新型共混型阴离子交换膜及制备方法，该制备方法首先对聚合物进行卤甲基化制备出卤甲基化聚合物，然后将带有羟基的季铵化试剂与卤甲基化聚合物通过门秀金反应制备出羟基季铵化聚合物，掺入含有丰富羟基和氨基的壳聚糖，使之可以通过氢键作用力来诱导功能化聚合物的聚集，最终通过溶液浇铸法制备出阴离子交换膜。制备而成的新型共混型阴离子交换膜能够应用于电渗析领域。本发明制备方法简单且成本低，制备得到的阴离子交换膜在低离子交换容量合适的吸水下能够有效地提升阴离子交换膜的选择性，且亲水壳聚糖的引入促进膜内微相分离结构的形成，使得膜内形成了连续宽广的离子通道，提高了阴离子交换膜的离子通量。

随着社会的快速发展和人口的迅速增长，资源短缺和环境污染问题日益严重，这些问题迫使人们致力于研发有关资源回收和污染物处理的高效技术。淡水是地球上维持人类生命必不可少的资源之一，近年来淡水资源的短缺引起了人们对海水淡化技术的广泛关注，在一些面临严重缺水的特定地区，海水淡化技术已经成为当地居民的第一淡水来源。现有的海水淡化技术主要有：海水冻结法、蒸馏法、电渗析法(ED)、反渗透法等。其中，反渗透法虽然是最领先的，但是其仍然面临膜被污染的挑战，且该技术成本较高，而电渗析法由于其具有较低的操作成本和回收效率高的优点而被广泛研究。

离子交换膜是电渗析技术中的关键组成部分，具有良好的机械性能、物理化学性能和电化学性能的离子交换膜(IEM)是电渗析技术的理想选择。目前，阳离子交换膜由于其成熟的合成技术已经商业化，而阴离子交换膜在制备和改性上仍存在许多问题。近年来提高膜选择性和离子通量的最常用方法是构建良好的微观相分离结构。Budd等人制备了聚苯并咪唑和氧化石墨烯(GO)的复合AEM，当GO用量为1％时，AEM的离子交换容量(IEC)为‑11.7mmol g ，选择渗透率可高达0.99。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)功能化聚合物的阳离子带有羟基基团，其羟基与含有丰富羟基和氨基的壳聚糖形成的氢键作用力可以促进功能化聚合物的聚集，使得膜内形成了连续的氯离子传输通道，该共混阴离子交换膜在低离子交换容量以及合适的吸水下有效地提高了阴离子交换膜的选择性。

(2)亲水壳聚糖的引入，促进膜内亲水域和疏水域更加明显，使得膜内部形成了明显的微相分离结构，此外，平衡壳聚糖的掺入量对于电渗析性能的提升也有重要的意义。