本发明专利技术涉及离子导电型物质渗透性复合材料，制备离子导电型物质渗透性复合材料的方法和这种复合材料在各种过程中的应用。各种化学或物理过程如电解、电渗析均使用膜或离子导电性材料。常使用基于聚合物的膜。这些聚合物是相对不耐受溶剂和高温的。因此，本发明专利技术的目的是提供离子导电性复合材料。本发明专利技术的复合材料由无机组分或至少主要由无机组分构成，其特征是对酸和高度具有高的稳定性。根据本发明专利技术，在制备期间向物质渗透性复合材料中加入离子导电性材料或经进一步处理后变成离子导电性的材料或用这类材料处理制成的复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有离子导电特性的物质渗透性复合材料。
技术介绍
在现有技术中，离子导电性材料在技术中广为应用并用于各种用 途。特别要提及在电渗析中用作阴离子交换膜或阳离子交换膜，也可在电解槽(Elektrolysezell)或膜电解槽中用作隔膜以及在全蒸发模块中用 作膜。其它应用领域是用燃料电池获取能量领域。但也可用于在离子导 电材料上进行的或由其催化的电化学或催化反应中。为此应用目前主要是使用带离子基团的聚合物材料。这里尤其提及 改性的聚砜、聚醚砜、聚苯乙烯和改性的聚偏-l，l-二氟乙烯或聚四氟乙 烯。这些材料对大部分应用其效能是完全足够的。但这些聚合物在其使 用温度范围上是受限的。从约12(TC开始会发生材料软化或该材料不再 有足够的膨胀能力，以确保优良的离子导电性。无机材料如沸石或其它铝硅酸盐虽有较好的温度稳定性，但在酸性 介质中常是不够稳定的，在运行中会发生该材料的緩慢分解。因此其应 用领域仅用于有限的应用领域，如在硫化钠-硫-电池(能量存储)或某些电 解装置中。PCT/EP98/05939中描述了物质渗透性复合材料和其制备方法。该物 质渗透性复合材料的特征为高的温度稳定性，但不具有离子导电性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供甚至在高达25(TC的温度还具有优良离子导电 性的材料，同时该材料对较高酸浓度不敏感。令人意外地发现，基于至少一种有通孔的物质渗透性栽体的物质渗有离^"导电特性，该复合材料在栽^的至少 一面l或在栽体内含^少 一种无机组分，该无机组分主要含至少一种来自至少一种第3~7主族 元素的金属、半金属或混合金属的化合物。因此本专利技术的主题是基于至少一种有通孔的物质渗透性栽体的物 质渗透性复合材料，该复合材料在栽体的至少一面上或在栽体内含至少一种无机组分，该无片几组分主要含至少一种来自至少一种第3~7主族 元素的金属、半金属或混合金属的化合物，其特征在于，该复合材料具 有离子导电特性。本专利技术的主题还在于用于制备基于至少一种有通孔的物质渗透性 栽体的复合材料的方法，该复合材料在栽体的至少一面上或在栽体内含 至少一种无才几组分，该无机组分主要含至少一种来自金属、半金属或含 至少一种第3~7主族元素的混合金属的化合物，其特征在于，制备具 有离子导电特性的复合材料。本专利技术的主题还在于权利要求1 ~20至少之一的复合材料在酸性或 碱性催化反应中作为催化剂的应用。本专利技术的离子导电性复合材料的特征在于优良的离子导电特性。与 通常所设想的，即优良的离子导电性材料必须是无孔的相反，已经发现 优良的离子导电性材料不一定是绝对无孔的，而是该孔大小必须小于某 限值。如果该孔表面具有离子基团，则会发生呈表面扩散机理的离子导 电。在相当高的孔隙度条件下，该离子迁移的机理导致通过材料的高离 子流，以致电流密度可达到超过50mA/cm2。对电渗析中膜的使用或燃料电池中作为质子导电膜的使用，不仅需 优良的导电性还需尽可能高的渗透选择性。本专利技术的复合材料能很好满 足该前提。作为膜材料使用的本专利技术的离子导电性复合材料的渗透选择 性依所用材料为0.75 ~ 0.98。下面示例性地描迷本专利技术的复合材料，但不受限于此。本专利技术的基于至少一种有通孔的物质渗透性栽体的物质渗透性复 合材料具有离子导电性，该复合材料在栽体的至少 一面上或在栽体内含 至少一种无机组分，该无机组分主要含至少一种来自至少一种第3~7 主族元素的金属、半金属或混合金属的化合物。本专利技术中栽体的内部意 指载体中的空腔和孔。根据本专利技术，有通孔和物质渗透性的栽体的空隙大小为0.02-500 pm。该空隙可以是孔、网孔、穴、晶格空隙或空腔。该载体可含至少一 种材料，该材料选自碳、金属、合金、玻璃、陶瓷、矿物质、塑料、无 定形物质、天然产物、复合物质或这些材料的至少一种组合。该可含所 述材料的栽体可通过化学的、热的或机械的处理方法或这些处理方法的 组合来改性。优选是该复合材料具有含至少一种金属、天然纤维或塑料的载体，该栽体按至少一种机械成型技术或处理方法如拉、镦、挤压、 辗压、拉伸或锻造改性。非常特别优选的是该复合材料具有至少一种栽 体，其含至少经织造、粘结、缠结或陶瓷结合的纤维或含至少经烧结或 粘结的模制体、球或颗粒。在另一优选实施方案中可应用穿孔的栽体。 物质渗透性栽体也可以是经激光处理或离子辐射处理而变成或使其成 物质渗透性。如果该载体含至少一种由选自碳、金属、合金、陶瓷、玻璃、矿物 质、塑料、无定形物质、复合物质和天然产物的材料制成的纤维或由这 些材料的至少一种组合制成的纤维，如石棉、玻璃纤维、碳纤维、金属 丝、钢丝、石棉纤维、聚酰胺纤维、椰壳纤维、经涂覆的纤维，这可能 是有利的。优选应用含由金属或合金制成的织造纤维的栽体。金属丝也 可用作金属纤维。非常特别优选是该复合材料具有一种栽体，该栽体含 至少一种由钢或不锈纲制成的织物，如由钢丝、钢纤维、不锈钢丝或不锈钢纤维经织造制成的织物，该织物的网眼宽度优选为5-500 nm,特别 优选为50-500非常特别优选为70-120 pm。但该复合材料的栽体也可含至少一种孔大小为5-500 pm的延性金 属。根椐本专利技术，该栽体也可含至少一种孔宽度为0.1 Mm-500 pm，优 选为3-60 pm的粒状烧结金属、烧结玻璃或金属非织造物。本专利技术的复合材料优选含至少一种栽体，该栽体至少含铝、硅、钴、 锰、锌、钒、钼、铟、铅、铋、银、金、镍、铜、铁、钛、铀、不锈钢、 钢、黄铜、由这些材料组成的合金或用Au、 Ag、 Pb、 Ti、 Ni、 Cr、 Pt、 Pd、 Rh、 Ru和/或Ti涂覆的材料。在本专利技术的复合材料中存在的无机组分可含至少一种化合物或至 少一种这类化合物的混合物，所述化合物来自至少一种周期表中第3-7 主族元素的至少一种金属、半金属或混合金属。该金属、半金属或混合 金属的化合物可至少含副族元素和第3-5主族元素或至少含副族元素或 第3-5主族元素，该化合物的粒度为0.001-25 pm。优选该无机组分含至 少一种第3-8副族元素或至少一种第3-5主族元素与下列中的至少一种 元素的化合物Te、 Se、 S、 0、 Sb、 As、 P、 N、 Ge、 Si、 C、 Ga、 Al 或B;或含至少一种第3-8副族元素和至少一种第3-5主族元素与下列 中的至少一种元素的化合物Te、 Se、 S、 0、 Sb、 As、 P、 N、 Ge、 Si、 C、 Ga、 A1或B，或者含有这些化合物的混合物。特别优选的是该无枳j组分含至少一种下列中的至少一种元素Sc、 Y、 Ti、 Zr、 V、 Nb、 Cr、 Mo、 W、 Mn、 Fe、 Co、 B、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Si、 Ge、 Sn、 Pb、 Sb或 Bi和下列中的至少一种元素的化合物Te、 Se、 S、 O、 Sb、 As、 P、 N、 C、 Si、 Ge或Ga, ^口 Ti02、 A1203、 Si02、 Zr02、 Y203、 BC、 SiC、 Fe304、 SiN、 SiP、氮化物、硫酸盐、磷化物、硅化物、尖晶石或钇铝石榴石， 或该元素本身之一。该无机组分也可含铝硅酸盐、磷酸铝、沸石或部分 经交换的沸石，如ZSM-5、 Na-ZSM-5或Fe本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于至少一种有通孔的物质渗透性载体的物质渗透性复合材料，该复合材料在载体的至少一面上或在载体内含至少一种无机组分，该无机组分主要含至少一种来自至少一种第３～７主族元素的金属、半金属或混合金属的化合物，其特征在于，该复合材料具有离子导电特性。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：C海英，G霍佩尔，B彭思，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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