电化学合成五氧化二氮用的隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电化学合成五氧化二氮用的隔膜及其制备方法。该隔膜由多孔聚四氟乙烯基膜及负载的高氟化离子交换树脂和SiO2的形成的膜再与膨体聚四氟乙烯膜复合而成，厚度为80～120μm。其制备过程：多孔聚四氟乙烯基膜在浓硝酸中处理；经处理的基膜在高氟化离子交换树脂溶液中进行负载，负载高氟化离子交换树脂的基膜在SiO2溶胶中进行负载得多孔聚四氟乙烯-高氟化离子交换树脂-SiO2膜，该膜然后与膨体聚四氟乙烯膜压合，得到电化学合成五氧化二氮用的隔膜。本发明专利技术优点，所述的隔膜具有的膜电阻低、阻水性能高和电流效率高的特点；其制备条件温和、生产成本低及易于工业化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。属于五氧化二氮制备

技术介绍
电化学合成N2O5过程中，隔膜主要起选择渗透特定离子和分子的作用，并且它的性能直接影响电解的电流效率和比能等性能指标。在电化学合成队05过程中，Zawadski等人(Roznicki chemii, 1948,22 =233-247)采用多孔陶瓷做隔膜进行了队05的合成，在电解过程中虽然电流效率能达到35%，但比能却高达5kWh/Kg N2O5，不适于节能与工业应用；Harrar 等人(J. Electrochem. Soc, 1997，144(6) :2032-2044.)报道了采用多孔玻璃作为隔膜进行队05的合成，电流效率达到65%，但这种薄片状的玻璃易损坏，不适于工业放大；专利US6200456, 5181996，5120408 和 Harrar 等人(J. Electrochem. Soc, 1983， 130(1) :108-112 J. Electrochem. Soc, 1997,144(6) :2032-2044.)报道了采用阳离子膜作为隔膜材料进行N2O5的合成，使用阳离子交换膜时比能1. lkffh/Kg N2O5，但由于阳离子交换膜有利于NO2+和NO+的渗透，促进了阳极所生成的N205向阴极的迁移，因而电解效果不佳， 同时阳离子交换膜价格高在该体系中寿命较短，对于大规模工业应用不利；专利US62OO456 和 Harrar 等人(J. Electrochem. Soc, 1997,144 (6) :2032-2044.) 报道了采用Raipore阴离子膜作为隔膜材料进行队05的合成，其比能1. 0 1. 7kffh/Kg N2O5，电流效率达到50 70%，但由于有较强亲水性，阴离子交换膜不能有效地阻止水的渗透影响电解效果以及电解初期阳极队04向阴极的渗透和电解后期阴极队04向阳极的迁移从而导致的电解时间的延长、能耗的增加，而且阴离子膜价格高，在该体系中稳定性较差，不利于大规模工业应用；专利US6200456, 5181996，5120408 和 Harrar 等人(J. Electrochem. Soc, 1983， 130(1) :108-112 J. Electrochem. Soc, 1997,144(6) :2032-2044.)报道了经过无机物掺杂后的多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜，多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜的亲水性得到提高，膜电阻降低，虽然亲水性的提高降低了多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜的阻水性能从而在一定程度上影响了电解效果，但掺杂无机颗粒后的PTFE和阴离子膜相比，不但有着相似的电化学性能， 比能1.2 2. lkffh/Kg N2O5，电流效率达到57 72%，而且由于N2O4透过量低，其电解时间相对于阴离子膜较短，同时多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜膜价格低、化学耐性强、使用寿命较阴离子膜长。由上可知，目前在电化学合成队05的过程中所采用的隔膜中，经过无机物掺杂所形成多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜-无机物杂化膜的工业应用前景较好，但是现有专利和文献中关于应用于电化学合成N2O5的过程中的多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜-无机物杂化膜的电流效率与理论值还有很大的差距，这严重制约了电化学合成N2O5技术工业化进程。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种，所述的隔膜具有的膜电阻低、阻水性能高和电流效率高的特点；其制备条件温和、生产成本低及易于工业化。本专利技术是通过以下技术方案加以实现的，一种电化学合成五氧化二氮用的隔膜，其特征在于，该隔膜由多孔聚四氟乙烯(PTFE)基膜及所负载的高氟化离子交换树脂(Nafion)和SiO2的形成的膜再与膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜复合而成，厚度为80 120 μ m0上述的多孔聚四氟乙烯基膜，其膜孔径为0. 1 μ m，孔隙率为55%，厚度为0.06mm。上述的多孔聚四氟乙烯基膜所负载的高氟化离子交换树脂(Nafion)质量为多孔聚四氟乙烯基膜干重的1 5%，所负载的SiA质量为负载高氟化离子交换树脂(Nafion) 后的多孔聚四氟乙烯基膜干重的1 10%。上述的膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜，其膜孔径40 lOOnm，厚度为10 30 μ m，开孔率90 98%的。制备上述的电化学合成五氧化二氮用的隔膜方法，其特征在于包括以下过程(1)将多孔聚四氟乙烯基膜置于温度50 70°C的丙酮中回流3 12h，而后浸渍在质量浓度98%硝酸中12 36h，取出后用去离子水反复冲洗直至洗出液pH值为7为止， 在60 120°温度下真空烘干1 4 得多孔聚四氟乙烯基膜干膜，确定该干膜质量后再将其放入去离子水中待用；(2)将步骤(1)处理的多孔聚四氟乙烯基膜浸入质量浓度5%的高氟化离子交换树脂(Nafion)溶液中6h 72h，取出后在60 120°C温度下真空干燥12h 48h，称重确定负载高氟化离子交换树脂(Nafion)的多孔聚四氟乙烯基膜的干重，将负载高氟化离子交换树脂(Nafion)的多孔聚四氟乙烯基膜置于去离子水溶胀M ^h，再置于0.5mol/L 的H2SO4溶液溶胀4 证，制得多孔聚四氟乙烯-高氟化离子交换树脂(Nafion)膜，放入去离子水中待用；(3)将步骤(2)制得的多孔聚四氟乙烯-高氟化离子交换树脂(Nafion)膜浸入质量含量23. 5%、平均粒径30nm的SW2溶胶中浸泡Mi 80h，取出后在温度20 30°C晾干12 14h，然后在温度60 80°C的真空干燥箱干燥12 Mh，称重确定负载SiO2的多孔聚四氟乙烯-高氟化离子交换树脂(Nafion)基膜的干重，制得多孔聚四氟乙烯-高氟化离子交换树脂(Nafion)-SiO2膜；(4)将步骤(3)制得的多孔聚四氟乙烯-高氟化离子交换树脂(Nafion)-SW2膜与膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜在室温下，以压力为8 IOMI^a压合48 50h得到电化学合成五氧化二氮用的隔膜。本专利技术提供的复合型隔膜较文献中所述多孔聚四氟乙烯膜的相比多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜负载高氟化离子交换树脂(Nafion)和SiO2后，使隔膜的疏水性得到降低同时隔膜电阻也得到降低。隔膜的阻水性能得到提高，使得在电解过程中从阴极透过膜向阳极渗透的水减少，由于水能与阳极所生成的N2O5的反应而造成N2O5的损失，因而降低水的跨膜渗透能有效地降低由水所造成的队05的损失。隔膜在电解过程中由于同时具备了较低的膜电阻和较高的阻水性能，使得在合理的比能下电流效率得到显著提升。隔膜实际应用中的比能与献报道值相当，达到1. 3 1. 6kffh/Kg N2O5，而电流效率却提升了 10%以上，可以达到90%以上。本专利技术提供的隔膜的制备方法的优点在于一是可以分别通过控制多孔聚四氟乙烯(PTFE)膜在高氟化离子交换树脂(Nafion)溶液中的浸泡时间以及多孔聚四氟乙烯-高氟化离子交换树脂(Nafion)膜在SiO2溶胶中的浸泡时间来调变高氟化离子交换树脂 (Nafion)在多孔聚四氟乙烯(PTFE)基膜上的负载量和SiO2在多孔聚四氟乙烯-高氟化离子交换树脂(Nafion)膜上的负载量。隔膜的制备操作简单、方便、条件温和、生产成本低、 易于工业化应用。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电化学合成五氧化二氮用的隔膜，其特征在于，该隔膜由多孔聚四氟乙烯基膜及所负载的高氟化离子交换树脂和ＳｉＯ２的形成的膜再与膨体聚四氟乙烯膜复合而成，厚度为８０～１２０μｍ。

【技术特征摘要】
1.一种电化学合成五氧化二氮用的隔膜，其特征在于，该隔膜由多孔聚四氟乙烯基膜及所负载的高氟化离子交换树脂和S^2的形成的膜再与膨体聚四氟乙烯膜复合而成，厚度为 80 120 μ m。2.按权利要求1所述的电化学合成五氧化二氮用的隔膜，其特征在于，多孔聚四氟乙烯基膜，其膜孔径为0. Ιμπι，孔隙率为55%，厚度为0. 06mm。3.按权利要求1所述的电化学合成五氧化二氮用的隔膜，其特征在于，多孔聚四氟乙烯基膜所负载的高氟化离子交换树脂质量为多孔聚四氟乙烯基膜干重的1 5%，所负载的SiO2质量为负载高氟化离子交换树脂后的多孔聚四氟乙烯基膜干重的1 10%。4.按权利要求1所述的电化学合成五氧化二氮用的隔膜，其特征在于，膨体聚四氟乙烯膜，其膜孔径40 lOOnm，厚度为10 30 μ m，开孔率90 98%。5.一种制备权利要求1所述的电化学合成五氧化二氮用的隔膜方法，其特征在于包括以下过程(1)将多孔聚四氟乙烯基膜置于温度50 70°C的丙酮中回流3 12h，而后浸渍在质量浓度98%硝酸中12 36h，取出后用去离子水反复冲洗直至洗出液pH值为7为止，在 60 120°温度下真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆法，章一夫，柴静，王莅，张香文，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12