增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜及制备方法技术

本发明专利技术涉及复合隔膜技术领域，具体涉及增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜及制备方法

【技术实现步骤摘要】
增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及复合隔膜
，具体涉及增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜及制备方法
。

技术介绍

[0002]氢气具有高能量密度（
120
‑
140MJ
.
kg
‑1）
、
灵活性和环境友好性，是一种理想的能量载体
。
电解水制氢作为最有发展潜力的绿色氢能供应方式，受到许多研究者的广泛研究
。
目前常见的电解水制氢方式有碱性水电解和质子交换膜水电解（
PEM
），其中质子交换膜（
PEM
）电解具有相对较高的电流密度（1‑
2A
.
cm
‑2）和较短的启动时间（5‑
10min
），但是其双极板需要贵金属（铂或铱）和钛粉作为催化剂，质子交换膜和铂电极催化剂等关键组件成本较高，导致
PEM
电解槽制造成本较高；而碱性水电解与非贵金属催化剂相容性好，成熟度高，成本较低，是工业上主要的电解水制氢方式
。
[0003]碱性隔膜电解主要通过具有阴极室和阳极室的电解槽来完成，隔膜作为核心部件用于离子传导
、
隔绝氢氧气体渗透，从而保证电解装置运行安全
。
目前作为碱性电解水制氢用的隔膜包括无机隔膜
、
有机隔膜和无机
‑
有机复合隔膜
。
其中，无机隔膜主要为石棉，但由于石棉隔膜自身的溶胀性及化学不稳定性，导致纯石棉隔膜在特定的运行环境中，特别是高电流负荷下，会严重溶胀，导致隔膜力学强度下降
、
使用寿命缩短，电流效率明显下降，且石棉粉尘还会引起肺部疾病的危害
。
有机隔膜主要为聚苯硫醚编织布，其孔径较大，难以有效隔绝气体，同时不能适应加压运行环境限制电解槽的性能及结构优化
。
因此，无机
‑
有机复合隔膜成为碱性隔膜电解水制氢的研究热点
。
[0004]例如，专利
CN114432906A
中公开了一种耐高温碱性水电解槽复合隔膜及其制备方法，选用聚砜和
ZrO2作为原材料制作浆料，选用
PPS
网状纤维作为支撑物，将其浸润在浆料中，确定厚度后进行刮涂，预蒸发后用去离子水进行相转化，用去离子水多次清洗后得聚苯硫醚网支撑聚砜
‑
ZrO2复合膜
。
[0005]CN114432905A
中公开了一种非石棉碱性电解水复合隔膜及其制备方法，利用高耐碱性聚砜树脂和高分子补强剂作为聚合物，用
ZrO2对聚合物进行亲水改性，从而有效降低面电阻，提高电流效率
。
[0006]上述专利提供的复合隔膜虽然都在一定程度上提高了电流效率，并具有良好的耐腐蚀性，但是复合隔膜的气体阻隔性较差，仅适用于常压制氢设备，加压后存在氢气
、
氧气渗透的安全性问题
。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是：提供一种增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜，具有良好的气体阻隔性和亲水性，化学性能稳定，提高了碱性电解水制氢装置的安全性；本专利技术还提供其制备方法，整个制备过程简单易行
、
绿色环保
。
[0008]本专利技术所述的增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜的制备方法，包括以
下步骤：（1）制备铸膜液：将粘结剂
、
致孔剂
、
纳米
/
微米无机物颗粒分散到有机溶剂中，得到铸膜液；（2）涂布铸膜液：将铸膜液均匀涂布在支撑层两侧，经过凝固浴处理得到含涂层的支撑网复合膜；（3）制备复合隔膜：将亲水高分子化合物
、
表面活性剂
、
致孔剂分散到水中，得到水相溶液；将有机相单体分散到有机相溶剂中，得到有机相溶液；将含涂层的支撑网复合膜先浸入水相溶液中浸润5‑
10min
，再浸入有机相溶液中5‑
10min
，然后取出干燥，得到增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜
。
[0009]步骤（1）中，粘结剂为聚砜
、
聚醚砜
、
磺化聚砜
、
磺化聚醚砜中的一种或多种；优选的，磺化聚砜
、
磺化聚醚砜的磺化度为5‑
10%。
[0010]步骤（1）中，致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮
、
聚乙二醇中的一种或两种
。
[0011]步骤（1）中，纳米
/
微米无机物颗粒的粒径为
30nm
‑
100
μ
m
；选自
Ⅳ‑
B
族
、
Ⅲ‑
B
族元素的氧化物中的一种或多种；优选为氧化锆
、
氧化钛
、
氧化铈
、
氧化锌
、
氯化镁
、
氯化铁中的一种或多种；进一步优选为氧化锆
、
氯化镁中的一种或两种
。
纳米
/
微米无机物颗粒的加入有利于提升亲水性及增加隔膜表面微孔
。
[0012]步骤（1）中，有机溶剂为
N
‑
甲基吡咯烷酮
、N,N
‑
二甲基甲酰胺
、N,N
‑
二甲基乙酰胺中的一种或多种；优选为
N
‑
甲基吡咯烷酮
。
[0013]步骤（1）中，以质量百分比计，铸膜液的原料组成为：粘结剂5‑
10%、
致孔剂5‑
10%、
纳米
/
微米无机物颗粒
20
‑
30%、
有机溶剂
50
‑
60%。
[0014]步骤（1）中，在制备铸膜液时，采用常压加热搅拌的方式将粘结剂
、
致孔剂
、
纳米
/
微米无机物颗粒分散到有机溶剂中，加热温度为
60
‑
80℃。
[0015]步骤（2）中，支撑层为聚苯硫醚（
PPS
）纤维网布，网布网孔孔径在
50
‑
60
目之间
。
[0016]步骤（2）中，铸膜液单侧涂布厚度为
100
‑
300
μ
m。
[0017]在一种实施方式中，在涂布铸膜液时，先在玻璃板上刮涂一层铸膜液，将
PPS
纤维网布附在铸膜液表面后，在
PPS
纤维网布上面再进行另一侧刮涂，经过凝固浴处理得到含涂层的支撑网复合膜
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）制备铸膜液：将粘结剂
、
致孔剂
、
纳米
/
微米无机物颗粒分散到有机溶剂中，得到铸膜液；（2）涂布铸膜液：将铸膜液均匀涂布在支撑层两侧，经过凝固浴处理得到含涂层的支撑网复合膜；（3）制备复合隔膜：将亲水高分子化合物
、
表面活性剂
、
致孔剂分散到水中，得到水相溶液；将有机相单体分散到有机相溶剂中，得到有机相溶液；将含涂层的支撑网复合膜先浸入水相溶液中浸润5‑
10min
，再浸入有机相溶液中5‑
10min
，然后取出干燥，得到增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜
。2.
根据权利要求1所述的增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，粘结剂为聚砜
、
聚醚砜
、
磺化聚砜
、
磺化聚醚砜中的一种或多种；其中，磺化聚砜
、
磺化聚醚砜的磺化度为5‑
10%。3.
根据权利要求1所述的增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮
、
聚乙二醇中的一种或两种；纳米
/
微米无机物颗粒为氧化锆
、
氧化钛
、
氧化铈
、
氧化锌
、
氯化镁
、
氯化铁中的一种或多种
。4.
根据权利要求1所述的增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，有机溶剂为
N
‑
甲基吡咯烷酮
、N,N
‑
二甲基甲酰胺
、N,N
‑
二甲基乙酰胺中的一种或多种
。5.
根据权利要求1所述的增强气体阻隔性的碱性电解水制氢用复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，以质量百分比计，铸膜液的原料组成为：粘结剂5‑
10%、
致孔剂5‑
10%、
纳米
/

【专利技术属性】
技术研发人员：崔文，曹明，杨玉清，李爽爽，孙晞超，刘威，刘洋，刘燕霞，王亚君，魏志豪，李金泽，
申请(专利权)人：山东东岳高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：