隔膜及其制备方法和应用技术

本申请提供了一种隔膜及其制备方法和应用，涉及电解水制氢技术领域，该隔膜包括聚苯硫醚网布和聚苯类聚合物层；聚苯类聚合物层包括聚苯类化合物，聚苯类化合物具有阳离子单元和阴离子单元，阳离子单元包括具有多个苯基的基团和酮类反应前体发生反应后的基团，酮类反应前体包括发生反应后提供离子的第一酮类反应前体和无离子基团的第二酮类反应前体；阴离子单元为抗衡离子基团，抗衡离子基团包括碘离子、溴离子、氯离子、氢氧根离子、碳酸氢根离子中的任一种。该隔膜亲水性较好、对水的接触角较小，由此面电阻较低。由此面电阻较低。由此面电阻较低。

【技术实现步骤摘要】
隔膜及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及电解水制氢
，尤其涉及一种隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]新型清洁能源的开发是抑制全球能源短缺、气候变暖的有效途径。氢气具有热值高、燃烧产物无污染等特点，是理想的清洁能源之一。众多制氢技术中，电解水制氢技术由于可以与风、光伏、潮汐等发电技术耦合，达到生产过程低污染的目的，因此具有广阔的发展空间。
[0003]现有的电解水制氢技术主要分为碱性、质子交换膜(Pem Proton
‑
Exchange Membrane，PEM)、固体氧化物以及阴离子交换膜(Anion
‑
Exchange Membrane，AEM)四种，其中以碱性电解水技术最为成熟。隔膜是碱性电解槽的核心组成部件，发挥着传导氢氧根(OH
‑
)离子、隔绝氢气(H2)和氧气(O2)等关键作用，直接影响碱性电解槽的能耗与制氢纯度等。
[0004]聚苯硫醚(PPS)网布具有出色的碱稳定性、耐热性，作为隔膜材料十分优异。但是，聚苯硫醚的疏水性强，制氢过程易产生气泡黏附从而导致隔膜的面电阻升高(如可能导致隔膜的面电阻大于0.6Ω
·
cm2)，致使隔膜的离子传导效率低，进而导致碱性电解槽整体电解效率低，系统能耗高，这限制了聚苯硫醚网布在碱性电解水领域的发展。
[0005]因此，亟需提供一种新型隔膜，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本申请的实施例提供一种隔膜及其制备方法和应用，以解决目前碱性电解槽中的聚苯硫醚网布亲水性差、离子传导效率低而引发的面电阻高，进而导致基于聚苯硫醚网布作为隔膜的碱性电解槽的电解效率低的问题。
[0007]为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
[0008]第一方面，提供了一种隔膜，包括：
[0009]聚苯硫醚网布，所述聚苯硫醚网布具有多个通孔；
[0010]聚苯类聚合物层，所述聚苯类聚合物层包覆所述聚苯硫醚网布的表面、且填充所述通孔的全部；所述聚苯类聚合物层包括聚苯类化合物，所述聚苯类化合物具有阳离子单元和阴离子单元，所述阳离子单元包括具有多个苯基的基团和酮类反应前体发生反应后的基团，所述酮类反应前体包括发生反应后提供离子的第一酮类反应前体和无离子基团的第二酮类反应前体，所述第一酮类反应前体发生反应后的基团与所述具有多个苯基的基团键合，所述第二酮类反应前体发生反应后的基团与所述具有多个苯基的基团键合；所述阴离子单元为抗衡离子基团，所述抗衡离子基团包括碘离子、溴离子、氯离子、氢氧根离子、碳酸氢根离子中的任一种。
[0011]进一步地，所述聚苯类化合物的结构通式为：
[0012][0013]其中，Ar为苯类反应前体发生反应后的所述具有多个苯基的基团，所述苯类反应前体为联苯、对三联苯、9,10
‑
二联苯蒽、间三联苯、1,3,5
‑
三苯基苯、芴、1,4
‑
二苯氧基苯中的任一种；
[0014]M为所述第二酮类反应前体发生反应后的基团，所述第二酮类反应前体为2,2,2
‑
三氟苯乙酮、4'
‑
溴
‑
2,2,2
‑
三氟苯乙酮、五氟苯甲醛、靛红、苯甲醛、3,5
‑
二甲基苯甲醛、4
‑
乙酰吡啶、1,1,1
‑
三氟丙酮中的任一种；
[0015]n为摩尔比，n的取值在0
‑
1之间；
[0016]X为所述抗衡离子基团。
[0017]第二方面，提供了一种碱性电解槽，包括阳极、阴极和上述的隔膜，所述隔膜设置在所述阳极和所述阴极之间。
[0018]第三方面，提供了一种上述的隔膜的制备方法，包括如下步骤：
[0019]合成聚苯类化合物；
[0020]将所述聚苯类化合物配置成含聚苯的浆料；
[0021]将所述含聚苯的浆料涂敷于聚苯硫醚网布的表面、以及所述聚苯硫醚网布的通孔的全部，形成第一隔膜；
[0022]将所述第一隔膜固化，形成所述隔膜。
[0023]进一步地，所述合成聚苯类化合物包括：
[0024]在反应器内加入Ammol的苯类反应前体、Xmmol的4
‑
哌啶酮、(A
‑
X)mmol的除所述4
‑
哌啶酮以外的酮类反应前体、二氯甲烷；其中，所述A和所述X均为正整数、且所述A大于或等于所述X；
[0025]逐滴加入三氟乙酸和/或三氟甲烷磺酸，保持反应体系在第一温度下，反应第一时间，得到产物；
[0026]将所述产物沉在甲醇中清洗、烘干后，用含有抗衡离子基团的化合物处理使其离子化，得到所述聚苯类化合物。
[0027]进一步地，所述将所述聚苯类化合物配置成含聚苯的浆料包括：
[0028]将第一重量的所述聚苯类化合物溶解在第一体积的溶剂中，过滤、脱泡，得到所述含聚苯的浆料。
[0029]进一步地，所述将所述含聚苯的浆料涂敷于聚苯硫醚网布的表面、以及所述聚苯硫醚网布的通孔的全部，形成第一隔膜包括：
[0030]将所述聚苯硫醚网布铺展在干净的水平玻璃板上；
[0031]将所述含聚苯的浆料倾倒在所述聚苯硫醚网布表面，刮刀刮平，使得所述含聚苯的浆料涂敷于所述聚苯硫醚网布的表面、以及所述聚苯硫醚网布的通孔的全部，形成所述第一隔膜。
[0032]进一步地，所述将所述第一隔膜固化，形成所述隔膜包括：
[0033]将所述第一隔膜置于烘箱中，在第二温度下干燥第二时间，形成所述隔膜。
[0034]本申请的实施例提供了一种隔膜，包括：聚苯硫醚网布，聚苯硫醚网布具有多个通孔；聚苯类聚合物层，聚苯类聚合物层包覆聚苯硫醚网布的表面、且填充通孔的全部；聚苯类聚合物层包括聚苯类化合物，聚苯类化合物具有阳离子单元和阴离子单元，阳离子单元包括具有多个苯基的基团和酮类反应前体发生反应后的基团，酮类反应前体包括发生反应后提供离子的第一酮类反应前体和无离子基团的第二酮类反应前体，第一酮类反应前体发生反应后的基团与具有多个苯基的基团键合，第二酮类反应前体发生反应后的基团与具有多个苯基的基团键合；阴离子单元为抗衡离子基团，抗衡离子基团包括碘离子、溴离子、氯离子、氢氧根离子、碳酸氢根离子中的任一种。该隔膜对水的接触角变小，能够有效提高隔膜的亲水性，从而使得隔膜表现出较低的面电阻(如面电阻可以小于0.2Ω
·
cm2)特性，实现了隔膜离子传导性能的增强；并且，该隔膜的抗碱稳定性较强。
[0035]上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔膜，其特征在于，包括：聚苯硫醚网布，所述聚苯硫醚网布具有多个通孔；聚苯类聚合物层，所述聚苯类聚合物层包覆所述聚苯硫醚网布的表面、且填充所述通孔的全部；所述聚苯类聚合物层包括聚苯类化合物，所述聚苯类化合物具有阳离子单元和阴离子单元，所述阳离子单元包括具有多个苯基的基团和酮类反应前体发生反应后的基团，所述酮类反应前体包括发生反应后提供离子的第一酮类反应前体和无离子基团的第二酮类反应前体，所述第一酮类反应前体发生反应后的基团与所述具有多个苯基的基团键合，所述第二酮类反应前体发生反应后的基团与所述具有多个苯基的基团键合；所述阴离子单元为抗衡离子基团，所述抗衡离子基团包括碘离子、溴离子、氯离子、氢氧根离子、碳酸氢根离子中的任一种。2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述聚苯类化合物的结构通式为：其中，Ar为苯类反应前体发生反应后的所述具有多个苯基的基团，所述苯类反应前体为联苯、对三联苯、9,10
‑
二联苯蒽、间三联苯、1,3,5
‑
三苯基苯、芴、1,4
‑
二苯氧基苯中的任一种；M为所述第二酮类反应前体发生反应后的基团，所述第二酮类反应前体为2,2,2
‑
三氟苯乙酮、4'
‑
溴
‑
2,2,2
‑
三氟苯乙酮、五氟苯甲醛、靛红、苯甲醛、3,5
‑
二甲基苯甲醛、4
‑
乙酰吡啶、1,1,1
‑
三氟丙酮中的任一种；n为摩尔比，n的取值在0
‑
1之间；X为所述抗衡离子基团。3.一种碱性电解槽，其特征在于，包括阳极、阴极和如权利要求1或2所述的隔膜，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚进，何庆一，于志伟，
申请(专利权)人：宁波中科氢易膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：