一种碱性水电解槽体用隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于水电解制氢技术领域，公开了一种碱性水电解槽体用隔膜及其制备方法。包括如下步骤：对有机织物进行表面打毛处理后，置于富氧碱性溶液中，高温高压条件下，进行初级氧化处理；然后置于悬浮有聚苯硫醚絮状体的混合溶液中，进行中级氧化处理；然后置于微波反应器中，进行高级氧化处理，获得隔膜。本发明专利技术提供的制备方法，通过表面粗糙化和表层聚合物修饰优化了有机织物的孔隙率，同时借助一系列表面氧化处理，增加了有机织物表面含氧官能团含量，有效提高了隔膜的水电解相关性能。有效提高了隔膜的水电解相关性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碱性水电解槽体用隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于水电解制氢
，涉及一种碱性水电解槽体用隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]在碱性水电解制氢装备中，电解槽是核心部件。电解槽由极框、极板、阴极、阳极、隔膜、垫片密封组成单元室，并由若干单元室串联形成多室结构。其中，隔膜的作用主要有两点，一是作为绝缘层，将阴阳极隔开，避免两极短路；二是亲水疏气，既可让碱液通过隔膜，又同时将氢气、氧气分开，避免氢氧互串。目前广泛使用的隔膜主要为有机纤维织物，大多数均为绝缘材料，可以保证隔膜作为绝缘层的用途。因此实际使用过程中，隔膜的作用主要体现在亲水疏气。
[0003]隔膜的亲水疏气作用影响到隔膜的关键性能：1)作为碱液中离子传输的障碍层，对离子电导率的削弱程度；2)作为碱液中生成气传输的障碍层，对隔膜两侧压力差的承受程度，即气密性。
[0004]目前，关于隔膜的关键性能—对离子电导率的削弱程度，主要通过增加隔膜的亲水性来进行优化。例如专利CN101372752A、CN106480573A、CN108368650A、CN109554724A、CN113201839A均提出了采用磺化工艺对聚苯硫醚有机织物进行亲水改性处理，相关化学机理体现在，通过对织物纤维表面进行亲水含氧官能团修饰来提高亲水性能。又例如专利CN103938337A、CN104746202A、CN105027324A、CN104862734A则提出了采用等离子体处理或电熨处理对聚苯硫醚有机织物进行亲水改性，相关化学机理亦体现在，通过对织物纤维表面进行亲水含氧官能团修饰来提高亲水性能。专利CN107663693A提出采用紫外线照射处理对聚苯硫醚有机织物进行亲水改性，相关化学机理亦体现在，通过对织物纤维表面进行亲水含氧官能团修饰来提高亲水性能。另一方面，在确保亲水性良好的情况下，隔膜的孔隙率提高，离子传输的通道空间变多，隔膜的阻碍效应将变小，从而更有利于抑制隔膜对离子电导率的削弱。
[0005]关于隔膜的另一关键性能—气密性，本质上和上一段内容中提到的隔膜亲水性息息相关。一定程度上，亲水性的改善会使得气密性得以提高。另一方面，在确保亲水性良好的情况下，隔膜中孔径尺寸减小，其气密性将进一步提高。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种碱性水电解槽体用隔膜及其制备方法，该碱性水电解槽体用隔膜具有较好的亲水性、气密性和优异的水电解相关性能。
[0007]本专利技术提供了一种碱性水电解槽体用隔膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S10.对有机织物进行表面打毛处理，使有机织物表面孔隙率增加，然后置于富氧碱性溶液中，高温高压条件下进行初级氧化处理，取出后洗净干燥，得到预处理织物；其中，所述富氧碱性溶液中，氢氧根浓度为1～6mol/L，含氧量为10～100mg/L；
[0009]该步骤中，打毛处理使有机织物孔隙率提高0.05～0.35倍；初级氧化处理之后的有机织物表面含有大量羟基，且羟基的含量相较于该处理前提高1～5倍。
[0010]S20.将聚苯硫醚颗粒加入浓硫酸与浓过氧化氢的混合溶液中，颗粒物聚苯硫醚在浓硫酸与浓过氧化氢的混合溶液中的作用下变成絮状体，得到悬浮有聚苯硫醚絮状体的混合溶液；将所述预处理织物置于所述悬浮有聚苯硫醚絮状体的混合溶液中，30～70℃温度条件下浸泡4～36h，取出后洗净干燥，得到表面修饰有一层链状聚苯硫醚絮体的有机织物。絮状体有利于更多、更致密地积累在粗糙表面，把纤维表面的孔覆盖住，可以增加气密性。
[0011]步骤S20处理之后的有机织物表面含有大量羟基、羧基、磺酸基，且羟基的含量相较于该处理前提高0.2～2倍，羧基的含量相较于该处理前提高1～8倍，磺酸基的含量相较于该处理前提高100～800倍。
[0012]S30.将表面修饰有一层链状聚苯硫醚絮体的有机织物置于微波反应器中反应，使其表面的链状聚苯硫醚絮体修饰物转化为疏松且平整的聚苯硫醚平面层，取出后洗净、干燥，获得所述隔膜。
[0013]该隔膜表面羟基、羧基含量进一步提高，其中，羟基的含量相较于该处理前提高1～6倍，羧基的含量相较于该处理前提高1～6倍，所述隔膜表面链状聚苯硫醚絮体修饰物转化为疏松且平整的聚苯硫醚平面层，均匀覆盖在有机织物底料表面，所述隔膜孔隙率相较于该处理前提高0.8～1.6倍。
[0014]进一步的，所述有机织物选自为聚苯硫醚织物、聚砜织物、聚醚醚酮织物和聚四氟乙烯织物中的一种。
[0015]进一步的，所述表面打毛处理具体为：将所述有机织物置于清水中超声清洗10～30min，再用乙醇反复清洗，烘干后置于喷砂机中进行打毛，打毛的时间为1～6h，打毛结束后用蒸馏水反复清洗，除去有机织物表面残余沙粒，然后干燥。
[0016]进一步的，所述喷砂机中采用石英砂作为喷砂原料，且石英砂的颗粒粒径为20～200μm。
[0017]进一步的，所述高温高压条件下进行初级氧化处理具体为：将所述有机织物底料置于富氧碱性溶液中，0.5～3.2MPa压力条件下，加热至75～150℃，并保持0.5～11h，取出后洗净干燥。
[0018]进一步的，所述浓硫酸与浓过氧化氢的混合溶液中，95％浓硫酸与30％浓过氧化氢体积比为(3
‑
10)：1。
[0019]进一步的，所述聚苯硫醚颗粒与所述浓硫酸与浓过氧化氢的混合溶液的用量比为(50～500)mg：1L；所述聚苯硫醚颗粒的粒径为1～80μm。
[0020]进一步的，所述微波反应器中，频率参数设定为600MHz
‑
100KMHz，功率参数设定为200～1000W，处理时间为5～250s。
[0021]本专利技术还提供了一种上述的制备方法制备得到的碱性水电解槽体用隔膜。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：
[0023](1)提出基于有机织物的表面打毛工艺，使得隔膜纤维表面粗糙化，隔膜孔隙增加，使得离子传输的通道空间变多，隔膜的阻碍效应变小，从而在传输通道上更有利于抑制隔膜对离子电导率的削弱。另一方面，隔膜纤维表面粗糙化，使得隔膜表面积增加，可以为后续的一系列氧化处理提供更多的被氧化面积，进而使得隔膜表面修饰的含氧官能团数量
更多，亲水优化效果更显著。
[0024](2)提出三级氧化处理工艺，产生双重效果：第一，利用连续碱性氧化、酸性氧化、微波氧化，大幅度增加隔膜表面含氧官能团数量，同时隔膜内部也富含各种含氧的官能团使得亲水性得以最大程度加强，从而在化学机理上更有利于抑制隔膜对离子电导率的削弱，并更有利于提高隔膜的气密性；第二，在酸性氧化、微波氧化过程中，利用浓硫酸与浓过氧化氢的混合溶液的强氧化腐蚀作用，结合微波氧化的短时高热作用，使得聚苯硫醚疏松平面层修饰在隔膜表面，既增加了隔膜的孔隙率，又减小了孔径尺寸，从而在传输通道上更有利于提高隔膜的气密性。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱性水电解槽体用隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.对有机织物进行表面打毛处理，使有机织物表面孔隙率增加，然后置于富氧碱性溶液中，高温高压条件下进行初级氧化处理，取出后洗净干燥，得到预处理织物；其中，所述富氧碱性溶液中，氢氧根浓度为1~6mol/L，含氧量为10~100mg/L；S2.将聚苯硫醚颗粒加入浓硫酸与浓过氧化氢的混合溶液中，得到悬浮有聚苯硫醚絮状体的混合溶液；将所述预处理织物置于所述悬浮有聚苯硫醚絮状体的混合溶液中，30~70℃温度条件下浸泡4~36h，取出后洗净干燥，得到表面修饰有一层链状聚苯硫醚絮体的有机织物；S3.将所述表面修饰有一层链状聚苯硫醚絮体的有机织物置于微波反应器中反应，使其表面的链状聚苯硫醚絮体修饰物转化为疏松且平整的聚苯硫醚平面层，取出后洗净、干燥，获得所述隔膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机织物选自为聚苯硫醚织物、聚砜织物、聚醚醚酮织物和聚四氟乙烯织物中的一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面打毛处理具体为：将所述有机织物置于清水中超声清洗10~30min，再用乙醇反复清洗，烘干后置于喷砂机中进行打毛，打毛的时间为1~6h，打毛结束...

【专利技术属性】
技术研发人员：周清稳，柯阳，王建，姜学柱，白江坤，张童，
申请(专利权)人：山东奥氢动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：