一种碱性电解水制氢用复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种改进的碱性电解水制氢用的复合隔膜，采用热致相分离法制备，工艺简单，可大批量、大面积稳定生产，所制得的复合隔膜是高亲水性的，具有高机械强度，能耐受高温(90～160℃)和高浓度碱液，是一种电解水的碱性电解槽用的优良隔膜。性电解槽用的优良隔膜。

【技术实现步骤摘要】
一种碱性电解水制氢用复合隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电解水制氢
，具体来说涉及一种碱性电解水制氢用复合隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]当今世界的经济发展受到能源制约日益显著，以石油、煤炭为代表的化石能源，除带来严重的环境污染，还将在可见的未来逐渐耗尽。氢能作为一种可再生能源，有别于太阳能、核能、地热能、海洋能、生物质等新型能源，是一种含能体能源。它燃烧热量高、无污染、来源广，被视为理想的能源载体之一。
[0003]目前工业上制氢的主要来源于天然气、石油及其制品、煤制氢和水电解制氢。化石燃料的制氢成本低，但在制氢过程中不可避免地会产生污染，生成温室气体，且原料不可再生。相对而言，水电解制氢的过程中不会产生温室气体，其中碱性水电解制氢的技术较成熟可靠，操作简便，制氢过程中无污染，制取的氢气纯度高达约99.7～99.9％。
[0004]碱性电解槽是碱性电解水制氢装置的主体设备，主要由多个电解池组成。每个电解池包括阳极、阴极、隔膜和电解液。隔膜在碱性电解槽中占有很重要的位置，它位于阴极、阳极之间，可以阻止阳极侧氧气与阴极侧氢气的混合，从而保证产生氢气的纯度、电流效率和安全性。
[0005]目前，国内的碱性电解槽厂家多采用石棉布作为隔膜。石棉隔膜具有价格低廉、绝缘性好等优点，但石棉隔膜存在以下缺陷：(1)电解过程中石棉易发生膨胀，使得其使用寿命大幅减短。气体的冲击也易使其沿厚度方向产生孔洞，致使产气纯度下降。(2)石棉材料在高温的碱液中易发生溶解，因此石棉隔膜对碱性电解槽的运行温度有一定的要求，因此石棉隔膜限制了电解槽效率的提高。(3)石棉是一种致癌物，在开采加工和使用过程中，会脱落一些细小纤维，对人体健康产生危害。
[0006]国内还有一些碱性电解槽厂家使用磺化聚苯硫醚编织布为隔膜。因编织布的孔径为1～10μm，电解过程中阳极侧氧气与阴极侧氢气易发生混合。此外，在使用过程中还存在外漏电解液现象，故此大幅限制了电解槽效率的提升。
[0007]基于以上分析，开发一种制作工艺简单，可大批量、大面积稳定生产，可耐受高温(90～160℃)和高浓度碱液，且具有高机械强度的碱性电解槽复合隔膜及其制备方法，对推进碱性电解水制氢的高速发展具有重要的意义。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了解决现有技术中碱性电解水制氢的隔膜中的至少一部分缺陷，提供了一种改进的碱性电解水制氢用的复合隔膜，采用热致相分离法制备，工艺简单，可大批量、大面积稳定生产，所制得的复合隔膜是高亲水性的，具有高机械强度，能耐受高温(90～160℃)和高浓度碱液，是一种电解水的碱性电解槽用的优良隔膜。
[0009]本专利技术提供了一种制备碱性电解水制氢用复合隔膜的方法，包括以下步骤：
[0010](1)将质量比为(10～50):(30～85):(5～15):(1～15)的聚合物、稀释剂、增塑剂和无机粒子前驱体加入到搅拌釜中，加热至130～220℃，充分搅拌至混合成均相溶液后，静置脱泡，配制成制膜液；
[0011](2)加热高分子支撑网使其温度为60～160℃，将所述制膜液均匀涂布在所述高分子支撑网表面上，随后进行两段式冷却，连续进入第一段冷却和第二段冷却中发生热致相分离，生成初生膜；
[0012](3)初生膜在20～50℃的萃取液中浸泡2～12h，去除稀释剂的同时原位生成无机粒子，得到复合隔膜。
[0013]本专利技术还提供了一种碱性电解水制氢用复合隔膜，采用本专利技术的方法制备。
[0014]本专利技术具有以下优点和有益效果：以该热致相分离法制备高亲水性复合隔膜时引入无机粒子前驱体，通过调控萃取液的组成，在利用萃取产生膜孔时引入亲水性无机粒子，实现无机粒子在膜表面、膜孔表面和膜截面处的均匀分布，大幅增加了膜的亲水性。该方法一步完成致孔和无机粒子的生成，能够避免传统制膜法中无机粒子与膜本体之间结合力弱的问题，同时膜孔和无机粒子的分布均匀性易于调控，提供了一种简单可行，可大批量、大面积稳定生产的热致相分离法制备高亲水性复合隔膜的新工艺。
具体实施方式
[0015]下面通过实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。
[0016]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
[0017]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0018]本专利技术的碱性电解水制氢用复合隔膜是一种高亲水性复合膜，采用热致相分离法制备，基本原理是将聚合物、稀释剂、增塑剂和无机粒子前驱体混合，在高温下形成均相制膜液，接着在较低温度下冷却诱发相分离。利用含有酸或碱的萃取液除去稀释剂并发生溶剂交换，无机粒子前驱体在酸或碱溶液催化下在膜表面、膜孔内表面和截面处生成亲水性无机粒子，制得高亲水性复合隔膜。
[0019]在本专利技术的一种实施方式中，制备碱性电解水制氢用复合隔膜的方法包括以下步骤：(1)将聚合物、稀释剂、增塑剂和无机粒子前驱体加入到搅拌釜中混合均匀，质量比为分别为(10～50):(30～85):(5～15):(1～15)，加热至130～220℃，充分搅拌至混合成均相溶液后，静置脱泡，配制成制膜液；(2)加热高分子支撑网使其温度为60～160℃，将制膜液转移至涂布机料槽，并优选以0.05～1m/min的速度均匀涂布在高分子支撑网表面上，随后进行两段式冷却，连续进入空气浴和冰水浴中发生热致相分离，生成初生膜；(3)初生膜在20～50℃的萃取液中浸泡2～12h，去除稀释剂的同时原位生成无机粒子，得到高亲水性复合隔膜。
[0020]在本专利技术的一种实施方式中，所述聚合物优选为选自聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、磺化聚苯硫醚、磺化聚醚醚酮和磺化聚四氟乙烯中的一种或多种。
[0021]在本专利技术的一种实施方式中，所述稀释剂的特点是沸点高，温度升高能溶解聚合
物，温度降低能与聚合物发生分相，优选选自二苯醚、丁内酯、环己酮、水杨酸甲酯和二甲基砜中的一种或多种。
[0022]在本专利技术的一种实施方式中，所述增塑剂的特征是含有柔性基团，可以增加复合膜的韧性，优选选自邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯和己二酸二辛酯中的一种或多种。
[0023]在本专利技术的一种实施方式中，无机粒子前驱体为经酸或碱的溶液催化能产生无机粒子的物质，优选钛酸四丁酯和/或氯氧化锆。
[0024]在本专利技术的一种实施方式中，所述萃取液为含酸或碱的水溶液，并能进一步含有能溶解稀释剂的低沸点极性溶剂，极性溶液优选为水、乙醇或它们的混合物。在萃取液中含有极性溶剂乙醇时，萃取液的溶剂为水
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乙醇混合溶剂，乙醇和水的体积比为5:95～30:70，含酸或碱的水溶液为2～15wt％的氨水溶液或1～10wt％盐酸溶液，其能催化无机粒子前驱体产生无机粒子。
[0025]在本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备碱性电解水制氢用复合隔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将质量比为(10～50):(30～85):(5～15):(1～15)的聚合物、稀释剂、增塑剂和无机粒子前驱体加入到搅拌釜中，加热至130～220℃，充分搅拌至混合成均相溶液后，静置脱泡，配制成制膜液；(2)加热高分子支撑网使其温度为60～160℃，将所述制膜液均匀涂布在所述高分子支撑网表面上，随后进行两段式冷却，连续进入第一段冷却和第二段冷却中发生热致相分离，生成初生膜；(3)初生膜在20～50℃的萃取液中浸泡2～12h，去除稀释剂的同时原位生成无机粒子，得到复合隔膜。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物为选自聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、磺化聚苯硫醚、磺化聚醚醚酮和磺化聚四氟乙烯中的一种或多种。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述稀释剂为选自二苯醚、丁内酯、环己酮、水杨酸甲酯和二甲基砜中的一种或多种。4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述增塑剂为选自邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯和己二酸二辛酯中的一种或多种。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：高小平，智锁红，
申请(专利权)人：嘉庚创新实验室，
类型：发明
国别省市：