本发明专利技术属于复合隔膜技术领域，具体涉及碱性电解水复合隔膜及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：（1）将金属无机盐加入水醇混合溶剂中，混合均匀，得到水热反应溶液；（2）将聚乙烯醇水溶液、戊二醛水溶液混合，加酸调整pH值至1~3，得到聚乙烯醇基质溶液；（3）将水热反应溶液和聚乙烯醇基质溶液混合，得到混合铸膜液；（4）采用混合铸膜液在微孔膜上流延成膜，在80~120℃、真空条件下进行溶剂热‑交联耦合反应，得到碱性电解水复合隔膜。本发明专利技术通过溶剂热‑交联耦合反应制备碱性电解水复合隔膜，得到的复合隔膜兼具良好的阻气性、机械强度和电解性能，在应用于碱性电解水领域时能够明显提高产氢效率。
1、在碱性电解水（alk）技术中，隔膜材料是碱性电解槽的重要组成部分，起分隔阴阳极、阻隔产物气体、传导oh-的作用。现有隔膜材料中，石棉隔膜因具有高能耗、低阻气性、致癌性等缺点而被逐渐淘汰；聚苯硫醚（pps）编制网布具有强度高、寿命长的优势，但是其同样存在阻气性差、能耗大的缺点；阴离子交换膜（aem）具有能耗低、阻气性强的优势，但是聚阳离子基团易受到oh-的亲核攻击而失效，导致膜寿命短，此外，阴离子交换膜还具有单体聚合过程复杂，价格昂贵等问题。
2、近年来，复合隔膜逐渐显示出在碱性电解水设备中的应用潜力。复合隔膜主要由聚合物和无机材料组成，一般是将无机材料直接添加到聚合物溶液中，以聚合物溶液作为粘结剂、无机材料作为隔膜主体进行制膜。例如，专利cn114432905a将不同比例氧化锆直接掺杂到聚砜铸膜液中，制备了复合隔膜，氧化锆的添加不仅增强了复合膜的机械强度，而且提高了复合膜的离子传导率。但是膜产品仍具有阻气性低，氧化锆主体易脱落，寿命短等缺点。
3、为了提高复合隔膜的阻气性，专利cn114181426a中采用溶剂热法制备有机-无机复合膜，采用微孔膜做基材，在膜孔中生长金属二维纳米片形成复合膜，纳米片的生长增强了复合膜的电解性能与阻气性。然而，该方法的溶剂热过程中，只在膜孔中留存的无机金属盐溶液可以生长成纳米片，金属纳米片的掺杂量有限，限制了膜性能的进一步提升，而且，通过原位生长在膜表面的金属纳米片在装槽运行时易脱落。
>4、为了提高金属无机物的结合强度，专利cn115161701a中采用冻融法制备水凝胶电解质隔膜，采用层状双金属氢氧化物和聚乙烯醇混合溶液作为铸膜液以冻融法成膜，获得了较高的层状双金属氢氧化物结合强度和较高的电解效果，但是复杂的制备工艺和严格的温度控制使其规模应用存在一定难度，且冻融法制备水凝膜机械强度较低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种碱性电解水复合隔膜，兼具良好的阻气性、机械强度和电解性能，在应用于碱性电解水领域时能够明显提高产氢效率；本专利技术还提供通过溶剂热-交联耦合反应制备碱性电解水复合隔膜的方法。
2、本专利技术所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：
3、（1）将金属无机盐加入水醇混合溶剂中，混合均匀，得到水热反应溶液；
4、（2）将聚乙烯醇水溶液、戊二醛水溶液混合，加酸调整ph值至1~3，得到聚乙烯醇基质溶液；
5、（3）将水热反应溶液和聚乙烯醇基质溶液混合，得到混合铸膜液；
6、（4）采用混合铸膜液在微孔膜上流延成膜，在80~120℃、真空条件下进行溶剂热-交联耦合反应，得到碱性电解水复合隔膜。
7、步骤（1）中，水醇混合溶剂中，水和醇的混合质量比为9:1~5:5。其中，醇优选为乙醇。
8、步骤（1）中，金属无机盐为镍、铁、钴中的一种或多种的硫酸盐和/或硝酸盐。当采用两种金属的无机盐进行组合时，两种金属的摩尔比为1:2~2:1。
9、优选的，金属无机盐为摩尔比1:2~2:1的硫酸亚铁和硝酸镍的混合物。
10、步骤（1）中，水热反应溶液中无机金属盐的摩尔浓度为0.1~0.2mol/l。
11、步骤（2）中，聚乙烯醇（pva）水溶液的浓度为10~30wt.%；戊二醛水溶液的浓度为25~50wt.%。聚乙烯醇基质溶液中，聚乙烯醇和戊二醛的混合质量比为1:（0.03~0.12）。
12、优选的，可采用以下方法配制聚乙烯醇水溶液：按目标浓度要求，将聚乙烯醇粉加入一定量的去离子水中，在85~95℃温度下加热搅拌使其溶解，然后静置脱泡，冷却后得到粘稠透明的聚乙烯醇水溶液。
13、步骤（2）中，采用的酸为盐酸、硫酸中的一种或两种；优选为浓度0.1~0.2mol/l的硫酸。在酸性条件下，有利于聚乙烯醇和戊二醛发生交联反应。
14、步骤（3）中，按0.01mol金属无机盐加入9~48g聚乙烯醇计，将水热反应溶液和聚乙烯醇基质溶液混合。
15、金属无机盐在经过溶剂热反应后生成金属纳米片，不仅能够阻隔氢气、氧气渗透，还具有离子交换能力，提高氢氧根离子的通过率，从而提高复合隔膜的导电率。金属无机盐的添加量过高，一方面会导致复合隔膜的机械强度急剧下降，同时底膜负载过量金属纳米片，容易脱落并阻塞气体排出通道，难以耐受长周期的电解测试；金属无机盐的添加量过少，则生成金属纳米片数量减少，不利于复合隔膜的电解性能提高。
16、步骤（4）中，微孔膜优选为聚四氟乙烯（ptfe）微孔膜，孔径0.1~0.22μm，孔隙率90~95%。微孔膜主要起到支撑作用。
17、步骤（4）中，采用混合铸膜液在微孔膜的单面流延成膜，以微孔膜的面积计，混合铸膜液的用量为0.025~0.1g/cm2。
18、步骤（4）中，溶剂热-交联耦合反应的反应时间为4~6h。
19、本专利技术在80~120℃温度下进行溶剂热-交联耦合反应，其中金属无机盐通过溶剂热反应在聚乙烯醇基质溶液中形成金属纳米片，同时聚乙烯醇基质溶液通过交联反应进行交联，溶剂热反应和交联反应同步进行，使复合隔膜一步成型，从而将金属纳米片和pva基质良好嵌合，连通了大量oh-传输路径，可以有效提高复合隔膜的产氢能力。
20、本专利技术还提供一种由上述方法制备得到的碱性电解水复合隔膜，包括微孔膜层、负载在微孔膜表面的聚乙烯醇交联层以及嵌合在聚乙烯醇交联层中的金属纳米片；其泡点压力大于30bar，拉伸强度大于20mpa，在1.8v电压下的电流密度高于350ma/cm2。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
22、（1）本专利技术在聚乙烯醇交联膜成型的过程中掺入金属无机盐，进行溶剂热-交联耦合反应，金属无机盐通过溶剂热反应在聚乙烯醇基质溶液中形成金属纳米片，聚乙烯醇基质溶液通过溶剂热反应的环境温度进行交联反应，一步制备复合隔膜，将金属纳米片和聚乙烯醇基质良好嵌合，连通了大量oh-传输路径，可以有效提高复合隔膜的产氢能力，同时避免金属纳米片在应用过程中脱落；
23、（2）本专利技术通过溶剂热-交联耦合反应制备复合隔膜，其中微孔膜起到负载增强的作用，金属纳米片嵌合在聚乙烯醇基质内部，形成丰富的孔道，可以提高电解水效率，同时在高温真空条件下，聚乙烯醇基质溶液在交联过程中会在复合隔膜表面形成致密的聚乙烯醇交联层，从而提高复合隔膜的阻气性和机械强度；
24、（3）本专利技术制备的复合隔膜，兼具良好的阻气性、机械强度和电解性能，其泡点压力大于30bar，拉伸强度大于20mpa，在1.8v电压下的电流密度高于350ma/cm2，在应用于碱性电解水领域时能够明显提高产氢效率。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，水醇混合溶剂中，水和醇的混合质量比为9:1~5:5。
3.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，金属无机盐为镍、铁、钴中的一种或多种的硫酸盐和/或硝酸盐。
4.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，水热反应溶液中无机金属盐的摩尔浓度为0.1~0.2mol/L。
5.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，聚乙烯醇水溶液的浓度为10~30wt.%；戊二醛水溶液的浓度为25~50wt.%。
6.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，聚乙烯醇基质溶液中，聚乙烯醇和戊二醛的混合质量比为1:（0.03~0.12）。
7.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，按0.01mol金属无机盐加入9~48g聚乙烯醇计，将水热反应溶液和聚乙烯醇基质溶液混合。
8.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，流延成膜时，以微孔膜的面积计，混合铸膜液的用量为0.025~0.1g/cm2。
9.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，溶剂热-交联耦合反应的反应时间为4~6h。
10.一种由权利要求1-9任一项所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法制备得到的碱性电解水复合隔膜，其特征在于：包括微孔膜层、负载在微孔膜表面的聚乙烯醇交联层以及嵌合在聚乙烯醇交联层中的金属纳米片；其泡点压力大于30bar，拉伸强度大于20MPa，在1.8V电压下的电流密度高于350mA/cm2。
...
【技术特征摘要】
1.一种碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，水醇混合溶剂中，水和醇的混合质量比为9:1~5:5。
3.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，金属无机盐为镍、铁、钴中的一种或多种的硫酸盐和/或硝酸盐。
4.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，水热反应溶液中无机金属盐的摩尔浓度为0.1~0.2mol/l。
5.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，聚乙烯醇水溶液的浓度为10~30wt.%；戊二醛水溶液的浓度为25~50wt.%。
6.根据权利要求1所述的碱性电解水复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，聚乙烯醇基质溶液中，聚乙烯醇和戊二醛的混合质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉清，崔文，孙晞超，刘威，李爽爽，王新富，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。