【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解水制氢隔膜，尤其涉及一种碱性电解水制氢隔膜及制备方法。
技术介绍
1、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。氢气燃烧热量高、无污染、来源广，被视为理想的能源载体之一。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，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。电解水制氢技术发展至今，可分为两种体系，分别是酸性体系和碱性体系。酸性体系通过h+进行离子导电，对材料的要求更加苛刻。碱性电解水制氢可以使用非贵金属催化剂，具有无可比拟的成本优势。
2、碱性电解水制氢的核心部件是隔膜，隔膜直接决定了碱性电解水制氢的性能和寿命，进而决定了碱性电解水制氢的效率和稳定性。因此研究者对隔膜的研究逐渐成为热点方向。理想的隔膜材料应当满足：(1)具有气体阻隔性，从而使该氧气和氢气不发生混合；(2)隔膜厚度小，孔隙率要大；(3)阻止气泡的透过和扩散，且平均孔径要小；(4)电流分布均匀，电流效率高，材质的物理和化学性质均一；(5)耐电解原料和产物的腐蚀；(6)对电解槽的操作条件如温度、ph值应有充分的化学稳定性；(7)有一定的机械强度和刚度；(8)原料来源容易，价格便宜，适合在工业上使用。
3、传统的碱性隔膜主要是用聚苯硫醚(pps)隔膜，是一种高性能的特种工程塑料，能在碱液条件和高温条件下保持性能稳定，因此被用来制备碱性制氢隔膜。但是pps隔膜亲水性太
4、针对现有隔膜材料存在的问题，开发一种易于制备、成本低的高稳定隔膜就成为该
急需解决的技术难题。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何开发一种易于制备、成本低的高稳定碱性电解水制氢隔膜。
2、为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种碱性电解水制氢隔膜，包括金属有机框架材料、亲水性无机纳米氧化物、多孔支撑体和高分子聚合物。
3、优选地，所述金属有机框架材料为mil-101、mil-53、zif-6、zif-8或zif-10的一种或多种。
4、优选地，所述亲水性无机纳米氧化物为纳米氧化锆、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化铝或纳米氧化锌的任一种。
5、优选地，所述亲水性无机纳米氧化物的颗粒粒径为10-30nm。
6、优选地，所述多孔支撑体的材料为聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或四氟乙烯-乙烯共聚物的任一种。
7、优选地，所述多孔支撑体为自由网状物、无纺布、织布的任一种。
8、优选地，所述多孔支撑体的孔径为100-500μm。
9、优选地，所述高分子聚合物为聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺中的任一种。
10、本专利技术另一方面提供了一种碱性电解水制氢隔膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
11、称取金属有机框架材料置于容器中，抽真空使容器内部处于负压状态；
12、称取无机纳米氧化物和聚合物单体化合物，加入到高沸点有机溶剂中，混合形成混合液；
13、将混合液注入到容器内搅拌；使无机纳米氧化物及聚合物单体化合物可以通过金属有机框架材料的孔径进入到金属有机框架材料的内部空间中；
14、容器中加入引发剂，加热发生聚合反应形成聚合物混合溶液；
15、用去离子水清洗聚合物混合溶液；
16、清洗后的聚合物混合溶液中加入交联剂，加热发生交联反应同时使高沸点有机溶剂充分挥发，得到流动态混合物；
17、将支撑体铺设在制膜平台表面，将制膜平台至于聚合物的不良溶剂中，开启平台加热；
18、将流动态混合物挤出到制膜平台表面的支撑体上，得到片状多孔膜；
19、将片状多孔膜辊压处理，得到碱性电解水制氢隔膜。
20、优选地，将混合液注入到容器内搅拌后，金属有机框架材料、无机纳米氧化物、聚合物单体化合物和高沸点有机溶剂的质量比为1∶0.4-0.8∶20-45∶80-110。
21、优选地，所述高沸点有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或二甲基亚砜中的任一种。
22、优选地，将混合液注入到容器内搅拌的时间为48-72h。
23、优选地，所述引发剂为磺酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯或过氧化叔戊酸叔丁基酯中的任一种。
24、优选地，所述引发剂的添加量为所述聚合物单体化合物质量的0.01-0.03％。
25、优选地，所述聚合反应的加热温度为230-260℃，反应时间为8-12h。
26、优选地，所述用去离子水清洗聚合物混合溶液的清洗遍数为使用去离子水清洗6-9遍。
27、优选地，所述交联剂为n，n，n′，n′-四甲基甲二胺、n，n，n′，n′-四甲基乙二胺或n，n，n′，n′-四甲基-1，6-己二胺中的任一种。
28、优选地，所述交联剂添加量为聚合物单体化合物质量的0.2-0.5％。
29、优选地，在清洗后的聚合物混合溶液中加入交联剂，加热发生交联反应同时使高沸点有机溶剂充分挥发，此时加热的温度为220-280℃。
30、优选地，所述不良溶剂为去离子水、乙醇、甲醇、异丙醇、正丁醇或环己烷中的任一种。
31、优选地，将支撑体铺设在制膜平台表面，将制膜平台至于聚合物的不良溶剂中，开启平台加热，所述平台加热的温度为100-120℃。
32、优选地，所述片状多孔膜的厚度为0.4-0.5mm。
33、优选地，所述双辊辊压的温度为150-180℃；辊压压力为1-3mpa。
34、优选地，所述碱性电解水制氢隔膜的厚度为0.25-0.4mm。
35、本专利技术的技术效果：
36、1、本专利技术在制备碱性电解水制氢隔膜时加入金属有机框架材料，借助金属有机框架材料的多孔结构和内部空腔结构，将聚合物单体化合物和无机纳米氧化物通过“真空负压“的方式送入金属有机框架材料内部，然后使聚合物单体化合物在空腔内部发生聚合反应，一方面反应生成的聚合物可以牢牢锁住，避免隔膜在电解水过程中脱落，造成隔膜的亲水性降低，提高了隔膜的耐久性；另一方面，聚合物单体化合物在聚合反应过程中会在金属有机框架材料的多孔结构中反应形成聚合物链，聚合物链会连接金属有机框架材料的内部和外部，通过交联剂的加入进行交联反应，使得金属有机框架材料牢牢固定在聚合物中，不会发生脱落等缺陷。
37、2、本专利技术制备碱性电解水制氢隔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，包括金属有机框架材料、亲水性无机纳米氧化物、多孔支撑体和高分子聚合物。
2.根据权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述金属有机框架材料为MIL-101、MIL-53、ZIF-6、ZIF-8或ZIF-10的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述亲水性无机纳米氧化物为纳米氧化锆、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化铝或纳米氧化锌的任一种。
4.根据权利要求3所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述亲水性无机纳米氧化物的颗粒粒径为10-30nm。
5.根据权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述多孔支撑体的材料为聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或四氟乙烯-乙烯共聚物的任一种。
6.根据权利要求5所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述多孔支撑体为自由网状物、无纺布、织布的任一种。
7.根据权利要求5所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述多孔支撑体的孔径为100-500μm。
8.根据权利要求1所述
9.一种碱性电解水制氢隔膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将混合液注入到容器内搅拌后，金属有机框架材料、无机纳米氧化物、聚合物单体化合物和高沸点有机溶剂的质量比为1∶0.4-0.8∶20-45∶80-110。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述高沸点有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或二甲基亚砜中的任一种。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将混合液注入到容器内搅拌的时间为48-72h。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述引发剂为磺酸酯、过氧化苯甲酸叔丁酯或过氧化叔戊酸叔丁基酯中的任一种。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述引发剂的添加量为所述聚合物单体化合物质量的0.01-0.03％。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述聚合反应的加热温度为230-260℃，反应时间为8-12h。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述用去离子水清洗聚合物混合溶液的清洗遍数为使用去离子水清洗6-9遍。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述交联剂为N，N，N′，N′-四甲基甲二胺、N，N，N′，N′-四甲基乙二胺或N，N，N′，N′-四甲基-1，6-己二胺中的任一种。
18.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述交联剂添加量为聚合物单体化合物质量的0.2-0.5％。
19.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在清洗后的聚合物混合溶液中加入交联剂，加热发生交联反应同时使高沸点有机溶剂充分挥发，此时加热的温度为220-280℃。
20.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述不良溶剂为去离子水、乙醇、甲醇、异丙醇、正丁醇或环己烷中的任一种。
21.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将支撑体铺设在制膜平台表面，将制膜平台至于聚合物的不良溶剂中，开启平台加热，所述平台加热的温度为100-120℃。
22.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述片状多孔膜的厚度为0.4-0.5mm。
23.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述双辊辊压的温度为150-180℃；辊压压力为1-3MPa。
24.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碱性电解水制氢隔膜的厚度为0.25-0.4mm。
...【技术特征摘要】
1.一种碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，包括金属有机框架材料、亲水性无机纳米氧化物、多孔支撑体和高分子聚合物。
2.根据权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述金属有机框架材料为mil-101、mil-53、zif-6、zif-8或zif-10的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述亲水性无机纳米氧化物为纳米氧化锆、纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化铝或纳米氧化锌的任一种。
4.根据权利要求3所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述亲水性无机纳米氧化物的颗粒粒径为10-30nm。
5.根据权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述多孔支撑体的材料为聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或四氟乙烯-乙烯共聚物的任一种。
6.根据权利要求5所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述多孔支撑体为自由网状物、无纺布、织布的任一种。
7.根据权利要求5所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述多孔支撑体的孔径为100-500μm。
8.根据权利要求1所述的碱性电解水制氢隔膜，其特征在于，所述高分子聚合物为聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺中的任一种。
9.一种碱性电解水制氢隔膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将混合液注入到容器内搅拌后，金属有机框架材料、无机纳米氧化物、聚合物单体化合物和高沸点有机溶剂的质量比为1∶0.4-0.8∶20-45∶80-110。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述高沸点有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或二甲基亚砜中的任一种。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将混合液注入到容器内搅拌的时间为4...
【专利技术属性】
技术研发人员：路文龙，白雪，
申请(专利权)人：上海氢器时代科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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