一种碱性电解水用复合隔膜及制备方法技术

本发明专利技术提供一种碱性电解水用复合隔膜及制备方法，涉及电解水制氢领域，复合隔膜包括复合体A和复合体B，复合体A和复合体B从下至上均依次包括混合涂层二、混合涂层一、中空纤维膜、混合涂层一以及铸膜涂层；复合隔膜由复合体A的混合涂层二与复合体B的混合涂层二相互复合而成；复合隔膜由复合体A的混合涂层二与复合体B的混合涂层二相互复合而成；混合涂层一包括功能性化合物和亲水性纳米添加剂；混合涂层二包括高分子聚合物和亲水性纳米添加剂；铸膜涂层包括高分子聚合物、亲水性纳米添加剂和增强纤维；设计的产线可实现隔膜大批量、大面积的制备，隔膜表面均匀平整、具有较好的阻气通水性能和较强的机械强度以及良好的耐化学腐蚀性。学腐蚀性。学腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种碱性电解水用复合隔膜及制备方法


[0001]本专利技术属于电解水制氢领域，尤其涉及一种碱性电解水用复合隔膜及制备方法。

技术介绍

[0002]随着技术和经济的发展以及人口的增长，人们对能源的需求越来越大。目前，以石油、煤炭为代表的化石燃料，一方面带来了严重的环境污染，另一方面，由于其不可再生性和有限的储量，将带来严重的能源危机。所以，发展清洁的可再生的新能源越来越迫切。氢能源作为高效、洁净和理想的二次能源已经受到了全世界的广泛关注。大规模、廉价的生产氢气是开发和利用氢气的重要环节之一。电解水制氢操作简单，技术相对成熟，而且氢气纯度高、无污染，是大规模生产氢气的主要手段。目前，主流的电解水制氢技术为碱性电解水。
[0003]在碱性电解水中，阴极产生氢气，阳极产生氧气，中间使用隔膜分开，而隔膜质量的好坏，直接关系到氢气和氧气的纯度和电解的效率问题，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)能使离子通过，气体分子不通过；(2)保持低电阻，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。
[0004]石棉是唯一的能大体上满足这些苛刻条件的优良材料。但是在生产实践过程中，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，具有严重溶胀的缺陷，使隔膜机械强度下降、使用寿命大大缩短，电流效率明显下降。石棉是一种类型繁多的纤维硅酸盐，具有致癌风险。此外，聚苯硫醚用于碱性水电解隔膜的可行性后发现，该隔膜能够满足耐高温、耐浓碱等特殊要求，但是聚苯硫醚的吸湿性能很差，其隔膜表面和隔膜孔隙不能完全被水润湿，这就使气泡很容易聚集在隔膜
‑
电解质的界面上。这些气泡增加了溶液的欧姆电阻，因此，也降低了聚苯硫醚隔膜的生产效果。聚砜类材料也是应用比较广泛的一类隔膜材料，是隔膜材料研究的热点之一。这类材料具有优良的抗氧化性、热稳定性和高温熔融稳定性。此外还具有优良的机械性能、耐高温、耐酸碱、原料价廉易得等优点，但是在性能上还存在着不足，作为隔膜材料，亲水性能太差，使隔膜的水通量低，抗污染性能不理想影响其应用范围和使用寿命。并且由于隔膜在电解水过程中会不停的受到变动的差压和液流流动，这种波动性的物理变化使得隔膜发生剧烈的蠕变和伸缩，进而影响隔膜的使用寿命和水传输效率。
[0005]针对现有隔膜材料存在的问题，开发一种易于大面积、大批量生产、表面均匀平整无化学产物析出、具有较好的阻气通水性能和较强的机械强度以及良好的耐化学腐蚀性的碱性水电解槽复合隔膜及其制备方法，就成为该
急需解决的技术难题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种碱性电解水用复合隔膜，包括复
合体A和复合体B，所述复合体A和复合体B从下至上均依次包括混合涂层二、混合涂层一、中空纤维膜、混合涂层一以及铸膜涂层；
[0007]复合隔膜由复合体A的混合涂层二与复合体B的混合涂层二相互复合而成；
[0008]混合涂层一包括功能性化合物和亲水性纳米添加剂；
[0009]混合涂层二包括高分子聚合物和亲水性纳米添加剂；
[0010]铸膜涂层包括高分子聚合物、亲水性纳米添加剂和增强纤维；
[0011]中空纤维膜为聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜、聚丙烯(PP)中空纤维膜、聚醚砜(PES)中空纤维膜中的任一种；
[0012]功能性化合物为聚丙烯酰胺、聚N
‑
乙烯基咪唑、聚(乙烯基吡啶)季铵盐、聚(乙烯基锌)季铵盐中的任一种；
[0013]亲水性纳米添加剂为亲水性二氧化钛、亲水性二氧化硅、亲水性二氧化锆中的任一种；
[0014]高分子聚合物为聚苯硫醚、聚苯并咪唑、聚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯醚、聚对二甲苯、聚吡咯中的任一种；
[0015]增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的任一种。
[0016]进一步地，中空纤维膜中，中空纤维的外径为100
‑
200nm，内径为20
‑
50nm；中空纤维膜的孔隙率为70
‑
90％，孔径大小为50
‑
80μm，厚度为30
‑
60μm；
[0017]亲水性纳米添加剂的颗粒尺寸为10
‑
30nm；
[0018]增强纤维的直径为5
‑
15nm，长度为20
‑
50μm。
[0019]本专利技术提供一种制备上述碱性电解水用复合隔膜的产线，产线包括两组相向传送的传送路线，分别为传送路线A和传送路线B，所述传送路线A、传送路线B均包括传动辊组件和传送电器，传送电器和传动辊组件用于实现传送路线A、传送路线B的同步相向传送；沿所述传送路线A、传送路线B的传送方向，传送路线A、传送路线B上均依次包括卷材放卷辊、带有超声雾化喷头装置的悬浮仓、保护膜放卷辊、保护膜热压辊组件、涂布区、保护膜收卷辊、喷涂区，所述喷涂区设置在两个转向辊之间，所述涂布区包括加热平台和涂布模头装置，所述喷涂区包括静电喷涂装置；所述传送路线A、传送路线B的相交处设有复合热压辊组件，所述复合热压辊组件用于实现传送路线A、传送路线B上卷材产品的复合，以及实现复合后统一的传送路线C，沿传送路线C的传送方向，所述传送路线C上依次包括烘箱、隔膜收卷辊。
[0020]本专利技术提供一种制备上述碱性电解水用复合隔膜的方法，采用上述产线，具体步骤如下：
[0021]步骤一：称取功能性化合物和亲水性纳米添加剂置于醇类溶剂中，加热溶解得到混合物溶液一，备用；
[0022]步骤二：将高分子聚合物、亲水性纳米添加剂和增强纤维加入到有机溶剂中，加热溶解得到铸膜液，备用；
[0023]步骤三：称取高分子聚合物和亲水性纳米添加剂加入到有机溶剂中，加热溶解得到混合物溶液二，备用；
[0024]步骤四：复合体A和复合体B中的中空纤维膜分别定义为中空纤维膜A和中空纤维膜B，将中空纤维膜A和中空纤维膜B分别卷绕于所述传送路线A、传送路线B中的传动辊组件上，形成在所述传送路线A、传送路线B中的同步相向传送；将离型保护膜A和离型保护膜B分
别卷绕于传送路线A、传送路线B中的保护膜放卷辊、保护膜热压辊组件以及保护膜收卷辊上，离型保护膜A和离型保护膜B分别形成在传送路线A、传送路线B上的传送；
[0025]步骤五：将步骤一中制备的混合物溶液一加入到悬浮仓中的超声雾化喷头装置中，使混合物溶液一雾化且充满悬浮仓；将步骤二中制备的铸膜液注入涂布模头装置内；将步骤三中制备的混合物溶液二注入静电喷涂装置中；
[0026]步骤六：启动产线。
[0027]进一步地，步骤六中，启动产线后，复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱性电解水用复合隔膜，其特征在于，包括复合体A和复合体B，所述复合体A和复合体B从下至上均依次包括混合涂层二、混合涂层一、中空纤维膜、混合涂层一以及铸膜涂层；复合隔膜由复合体A的混合涂层二与复合体B的混合涂层二相互复合而成；混合涂层一包括功能性化合物和亲水性纳米添加剂；混合涂层二包括高分子聚合物和亲水性纳米添加剂；铸膜涂层包括高分子聚合物、亲水性纳米添加剂和增强纤维；中空纤维膜为聚偏氟乙烯中空纤维膜、聚丙烯中空纤维膜、聚醚砜中空纤维膜中的任一种；功能性化合物为聚丙烯酰胺、聚N
‑
乙烯基咪唑、聚(乙烯基吡啶)季铵盐、聚(乙烯基锌)季铵盐中的任一种；亲水性纳米添加剂为亲水性二氧化钛、亲水性二氧化硅、亲水性二氧化锆中的任一种；高分子聚合物为聚苯硫醚、聚苯并咪唑、聚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯醚、聚对二甲苯、聚吡咯中的任一种；增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的任一种。2.如权利要求1所述的碱性电解水用复合隔膜，其特征在于，中空纤维膜中，中空纤维的外径为100
‑
200nm，内径为20
‑
50nm；中空纤维膜的孔隙率为70
‑
90％，孔径大小为50
‑
80μm，厚度为30
‑
60μm；亲水性纳米添加剂的颗粒尺寸为10
‑
30nm；增强纤维的直径为5
‑
15nm，长度为20
‑
50μm。3.一种制备如权利要求1或2所述的碱性电解水用复合隔膜的产线，其特征在于，产线包括两组相向传送的传送路线，分别为传送路线A(SA)和传送路线B(SB)，所述传送路线A(SA)、传送路线B(SB)均包括传动辊组件和传送电器，传送电器和传动辊组件用于实现传送路线A、传送路线B的同步相向传送；沿所述传送路线A、传送路线B的传送方向，传送路线A、传送路线B上均依次包括卷材放卷辊(2)、带有超声雾化喷头装置(3
‑
2)的悬浮仓(3
‑
1)、保护膜放卷辊(4)、保护膜热压辊组件(5)、涂布区、保护膜收卷辊(7)、喷涂区，所述喷涂区设置在两个转向辊(12)之间，所述涂布区包括加热平台(6
‑
1)和涂布模头装置(6
‑
2)，所述喷涂区包括静电喷涂装置(8)；所述传送路线A、传送路线B的相交处设有复合热压辊组件(9)，所述复合热压辊组件(9)用于实现传送路线A、传送路线B上卷材产品的复合，以及实现复合后统一的传送路线C，沿传送路线C的传送方向，所述传送路线C上依次包括烘箱(10)、隔膜收卷辊(11)。4.一种制备如权利要求2所述的碱性电解水用复合隔膜的方法，其特征在于，采用如权利要求3所述的产线，具体步骤如下：步骤一：称取功能性化合物和亲水性纳米添加剂置于醇类溶剂中，加热溶解得到混合物溶液一，备用；步骤二：将高分子聚合物、亲水性纳米添加剂和增强纤维加入到有机溶剂中，加热溶解得到铸膜液，备用；步骤三：称取高分子聚合物和亲水性纳米添加剂加入到有机溶剂中，加热溶解得到混合物溶液二，备用；
步骤四：复合体A和复合体B中的中空纤维膜分别定义为中空纤维膜A(1
‑
1)和中空纤维膜B(1
‑
2)，将中空纤维膜A(1
‑
1)和中空纤维膜B(1
‑
2)分别卷绕于所述传送路线A、传送路线B中的传动辊组件上，形成在所述传送路线A、传送路线B中的同步相向传送；将离型保护膜A和离型保护膜B分别卷绕于传送路线A、传送路线B中的保护膜放卷辊(4)、保护膜热压辊组件(5)以及保护膜收卷辊(7)上，离型保护膜A和离型保护膜B分别形成在传送路线A、传送路线B上的传送；步骤五：将步骤一中制备的混合物溶液一加入到悬浮仓(3
‑
1)中的超声雾化喷头装置(3
‑
2)中，使混合物溶液一雾化且充满悬浮仓(3
‑
1)；将步骤二中制备的铸膜液注入涂布模头装置(6
‑
2)内；将步骤三中制备的混合物溶液二注入静电喷涂装置(8)中；步骤六：启动产线。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤六中，启...

【专利技术属性】
技术研发人员：路文龙，
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：