用于碱解的强化隔膜制造技术

用于碱解的强化隔膜(1)，其包含多孔支撑体(10)、与该支撑体的一侧邻接的第一多孔聚合物层(20)和与该支撑体的另一侧邻接的第二多孔聚合物层(30)，其特征在于该第一多孔聚合物层的外表面的最大孔径(PD

Strengthening diaphragm for alkaline hydrolysis

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于碱解的强化隔膜专利技术
本专利技术涉及用于碱解的强化隔膜(reinforcedseparator)，并涉及制造此类隔膜的方法。专利技术
技术介绍
氢气被认为是重要的未来能量载体，这意味着它可以以可用形式储存和递送能量。通过与氧气的放热燃烧反应释放能量，由此生成水。在此类燃烧反应过程中，不排放含碳温室气体。作为能量载体，氢气本身并不是一种能源；其仅可以由其它能源(例如化石燃料、可再生资源或核电)通过不同的能量转换过程生产。碱性水电解是氢气的重要的制造方法。在碱性水电解槽中，使用所谓的隔膜(separator或diaphragm)来分隔不同极性的电极以防止这些导电部件(电极)之间的短路，和通过避免气体交叉来防止H2(在阴极形成)和O2(在阳极形成)的重新结合。在发挥所有这些功能的同时，隔膜还应当是一种高离子导体以便将OH-离子从阴极运送至阳极。EP232923公开了通过将有机织物浸没在涂料溶液(dopesolution)中来制备的离子渗透隔膜，其施加在玻璃板上。在相转化之后，随后从玻璃板上移除该隔膜。但是，根据EP-A232923中公开的方法制备的隔膜两侧的最大孔径之间存在大的差异。EP-A1776490(VITO)公开了制备离子渗透网幅强化隔膜(web-reinforcedseparatormembrane)的方法。该方法产生了具有对称特性的膜。该方法包括以下步骤：提供网幅和合适的糊剂、在垂直位置上引导网幅、用糊剂均等地涂布该网幅的两侧以制造涂有糊剂的网幅、以及对涂有糊剂的网幅施加对称的表面孔形成步骤和对称的凝固步骤以制造网幅强化膜。WO2009/147084(AgfaGevaert)公开了生产如EP-A1776490中所述的具有对称特性的膜的制造技术。在上面提及的专利申请中公开的隔膜在隔膜两侧上具有相同的孔尺寸，在本文中被称为对称隔膜。为了通过避免气体交叉来防止H2和O2的重新结合，该隔膜优选具有“小”孔尺寸。具有此类“小”孔尺寸的对称隔膜的缺点是出现所谓的“气泡陷阱”。由于隔膜内部较高的温度，溶解在电解质中的气体可能与电解质分离。此类气体由于隔膜各侧上的小孔而无法离开隔膜，导致效率损失。另一方面，为了确保OH-离子从阴极到阳极的有效运送，“更大的”孔尺寸是优选的。OH-离子的有效运送需要电解质有效地渗透到隔膜中。采用对称隔膜，难以达到上述高效隔膜的所有要求，即避免“气泡陷阱”、避免气体交叉和确保OH-离子的有效运送。专利技术概述本专利技术的目的是提供强化隔膜，其结合了足够的气体阻隔性质而不出现气泡陷阱和电解质充分渗透到隔膜中以确保离子传导性。采用如权利要求1中所定义的隔膜来实现这一目的。本专利技术的另一目的是提供生产此类隔膜的制造方法。采用如权利要求7中所定义的制造方法来实现这一目的。本专利技术的其它目的将由以下描述变得显而易见。附图简述图1示意性地显示了根据本专利技术的强化隔膜的实施方案。图2示意性地显示了根据本专利技术的强化隔膜的制造方法的实施方案。图3示意性地显示了根据本专利技术的强化隔膜的制造方法的另一实施方案。专利技术详述用于碱解的强化隔膜根据本专利技术的用于碱解的强化隔膜(1)包含多孔支撑体(10)、与该支撑体的一侧邻接的第一多孔聚合物层(20)和与该支撑体的另一侧邻接的第二多孔聚合物层(30)，其特征在于第一多孔聚合物层的外表面的最大孔径(PDmax(1))和第二多孔聚合物层的外表面的最大孔径(PDmax(2))彼此不同，并且其中比率PDmax(2)/PDmax(1)介于1.25和10之间。比率PDmax(2)/PDmax(1)优选介于2和7.5之间、更优选介于2.5和5之间。PDmax(1)优选介于0.05μm和0.3μm之间、更优选介于0.08μm和0.25μm之间、最优选介于0.1μm和0.2μm之间。PDmax(2)优选介于0.2μm和6.5μm之间、更优选介于0.2μm和1.50μm之间、最优选介于0.2μm和0.5μm之间。较小的PDmax(1)确保H2与O2的有效分隔，而PDmax(2)确保电解质在隔膜中的良好渗透，从而获得足够的离子传导性。该隔膜的孔隙率优选介于30％和70％之间、更优选介于40％和60％之间。该隔膜的厚度优选介于100μm和1000μm之间、更优选介于250μm和750μm之间。若该隔膜的厚度小于100μm，则其物理强度可能不足，当厚度在1000μm以上时，电解效率可能降低。所提及的最大孔径优选使用如下的泡点测试法来测量。该方法描述在AmericanSocietyforTestingandMaterialsStandard(ASMT)MethodF316中。多孔支撑体该多孔支撑体用于增强该隔膜以确保其机械强度。该多孔支撑体包括多孔织物、多孔金属板或多孔陶瓷板。该多孔支撑体优选是多孔织物、更优选多孔聚合物织物。合适的多孔聚合物织物由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚砜(PS)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺/尼龙(PA)、聚醚砜(PES)、聚苯砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、磺化聚醚醚酮(s-PEEK)、三氟氯乙烯(CTFE)、乙烯与四氟乙烯(TFE)或三氟氯乙烯(CTFE)的共聚物、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺和间芳族聚酰胺(m-aramide)来制备。该隔膜的温度极限(对强碱性条件下的长期稳定性而言)可取决于所用的多孔支撑体。例如，优选用于低温应用(≤80℃)的多孔支撑体由聚丙烯制成，而优选用于高温应用(≤120℃)的多孔支撑体由乙烯-四氟乙烯共聚物或由聚醚醚酮来制备。该多孔聚合物织物可以是织造的或非织造的。该多孔支撑体的开孔面积优选介于20％和80％之间、更优选介于40％和70％之间，以确保电解质良好地渗透到该支撑体中。该多孔支撑体具有平均直径优选介于100μm和1000μm之间、更优选介于300μm和700μm之间的孔或网孔。该支撑体优选具有介于100μm和750μm之间、更优选介于125μm和300μm之间的厚度。该多孔支撑体优选是连续网幅以实现如EP-A1776490与WO2009/147084中所公开并在下文中公开的制造方法。多孔聚合物层该第一和第二多孔聚合物层包含聚合物，也称为膜聚合物。该聚合物形成三维多孔网络，如下文所述，这是隔膜制备中相转化步骤的结果。该膜聚合物优选选自聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚环氧乙烷(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其共聚物。PVDF和偏二氟乙烯(VDF)共聚物因其抗氧化/还原性和成膜性质而优选。在这些之中，VDF、六氟丙烯(HFP)和三氟氯乙烯(CTFE)的三元共聚物因其优异的溶胀性质、耐热性和对电极的粘附性而优选。特别优选的膜聚合物是聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于碱解的强化隔膜(1)，其包含多孔支撑体(10)、与所述支撑体的一侧邻接的第一多孔聚合物层(20)和与所述支撑体的另一侧邻接的第二多孔聚合物层(30)，其特征在于所述第一多孔聚合物层的外表面的最大孔径(PD

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170710 EP 17180418.01.一种用于碱解的强化隔膜(1)，其包含多孔支撑体(10)、与所述支撑体的一侧邻接的第一多孔聚合物层(20)和与所述支撑体的另一侧邻接的第二多孔聚合物层(30)，其特征在于所述第一多孔聚合物层的外表面的最大孔径(PDmax(1))和所述第二多孔聚合物层的外表面的最大孔径(PDmax(2))彼此不同，并且其中比率PDmax(2)/PDmax(1)介于1.25和10之间。


2.根据权利要求1所述的强化隔膜，其中PDmax(1)介于0.05µm和0.3µm之间，且PDmax(2)介于0.2µm和6.5µm之间。


3.根据权利要求1或2所述的强化隔膜，其中比率PDmax(2)/PDmax(1)介于2和7.5之间。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的强化隔膜，其中所述第一多孔聚合物层和第二多孔聚合物层包含膜聚合物和亲水性无机材料。


5.根据权利要求4所述的隔膜，其中所述膜聚合物是聚砜(PS)或聚醚砜(PES)。


6.根据权利要求4或5所述的隔膜，其中所述亲水性无机材料选自TiO2、BaSO4和ZrO2。


7.一种制备如权利要求1至6中任一项所定义的用于碱解的强化隔膜的方法，其包括以下步骤：
-在多孔支撑体的每一表面上施加包含膜聚合物、亲水性无机材料和溶剂的涂料溶液，
-对施加的涂料溶液实施相转化，由此获得在所述支撑体的一侧上的第一多...

【专利技术属性】
技术研发人员：W穆埃斯，
申请(专利权)人：爱克发格法特公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE