一种耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法与流程

本发明属于高分子材料与工程，具体涉及一种耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法。

背景技术：

1、碱性水电解槽制氢是目前为止最成熟的一种水电解制氢技术，操作简单、效率高的优点使其在工业上得到广泛应用。在电解过程中阳极产生氧气，阴极产生氢气，隔膜防止氢气和氧气的混合。目前隔膜主要采用石棉布，但是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，使用寿命缩短。

2、在碱性水电解制氢装备中，电解槽是核心部件。电解槽由极框、极板、阴极、阳极、隔膜、垫片密封组成单元室，并由若干单元室串联形成多室结构。其中，隔膜的作用主要有两点，一是作为绝缘层，将阴阳极隔开，避免两极短路；二是亲水疏气，既可让碱液通过隔膜，又同时将氢气、氧气分开，避免氢氧互串。目前广泛使用的隔膜主要为有机纤维织物，大多数均为绝缘材料，可以保证隔膜作为绝缘层的用途。因此实际使用过程中，隔膜的作用主要体现在亲水疏气。本发明提供一种耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法。

技术实现思路

1、现有技术中，提高隔膜的耐高温性能的方式一般就是在隔膜表面涂覆耐高温的材料，可以是pvdf的多孔涂层，但是，涂覆涂层之后，也会带来隔膜的吸液能力下降，以及涂层结合问题以及涂层分布不均的问题。

2、针对上述问题，发明人提出一种方法，通过高粘度聚苯硫醚与低粘度的聚苯硫醚混合，提高了纤维的可纺织性能，同时通过极性有机物蒸汽的表面处理，保证了纤维强度；

3、通过将不同长度的聚苯硫醚复合纤维复合，便于调控电池隔膜的孔隙率、孔径及隔膜厚度，同时，通过真空离子化处理，提高了纤维表面的极性官能团的数目，保证在pvdf膜施加后的电解液吸液率不降低。

4、本发明的目的之一是提供一种耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法，其中包括将聚苯硫醚材料熔融制备纤维，经过表面处理后切断，得到两种长度的短纤维，经过预定比例混合，分散打浆、疏解、抄纸、热压即得纤维纸基隔膜。在隔膜表面涂覆聚合物骨架涂层，本发明得到的隔膜，具有良好的热稳定性、化学稳定性、机械性能。

5、具体的方案如下：

6、本发明提供一种耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法，其特征在于，包括：

7、1)将第一聚苯硫醚和第二聚苯硫醚混合，经过熔融纺丝即得纤维；其中第一聚苯硫醚的熔融指数为20-25g/min，第二聚苯硫醚的熔融指数为120-150g/min；

8、2)将步骤1)的纤维放在四氢呋喃的蒸汽中处理，干燥；

9、3)将纤维剪断，得到长度为2-4mm的第一纤维以及长度为12-15mm的第二纤维，然后将第一纤维和第二纤维投入到去离子水中分散打浆、疏解、抄纸、热压即得隔膜；

10、4)对步骤3的隔膜在氧气和氩气混合气氛中进行真空等离子体表面处理；

11、5)将pvdf与nmp混合分散后得到pvdf溶液；将pvdf溶液和聚丙三醇混合，涂覆于步骤4得到的隔膜的两侧，然后经过造孔，萃取，干燥，得到所述高温碱性电解槽改性隔膜。

12、进一步的，将第一聚苯硫醚和第二聚苯硫醚以100：15-25的质量比混合，经过熔融纺丝即得纤度为2-3μm的纤维。

13、进一步的，步骤2)中，蒸气的压力为10-20kpa，处理时间为20-30min，干燥温度为60-80℃，干燥时间12-24h。

14、进一步的，其中步骤3)中，将纤维剪断，得到长度为2-4mm的第一纤维以及长度为12-15mm的第二纤维，然后将第一纤维和第二纤维以1-3:10的质量比投入到去离子水中分散打浆、疏解、抄纸、热压即得隔膜；所述打浆浓度为3-5wt％，抄纸上网浓度为0.5-0.8％，热压压力为15-20mpa，热压温度为200-250℃。

15、进一步的，步骤4中，所述氧气占混合气体的比例为10-15体积％，真空室压力为30-60pa，处理强度为100-200kw·s/m2。

16、进一步的，步骤5中，将pvdf与nmp混合分散后得到质量分数为5-10wt％的pvdf溶液；将pvdf溶液和聚丙三醇以10:2-3的质量比混合，然后涂覆于步骤4得到的隔膜的两侧，采用含有0.1wt％聚氧乙烯烷基胺和5wt％nmp的水溶液造孔，萃取，干燥，得到所述高温碱性电解槽改性隔膜。

17、一种耐高温碱性电解槽改性隔膜，所述隔膜采用所述的制备方法制备得到。

18、一种耐高温碱性电解槽改性隔膜的应用，所述隔膜用于电解碱水。

19、本发明具有如下有益效果：

20、与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

21、1)高粘度聚苯硫醚与低粘度的聚苯硫醚混合，提高了纤维的可纺织性能，在热压制膜时能够提高纤维之间的结合力，从而提高隔膜的力学性能；

22、同时由于低粘度聚苯硫醚的加入，会降低热老化后的纤维强度，为保证纤维强度，通过极性有机物蒸汽的表面处理，从而保证隔膜的耐高温性能；

23、2)通过将不同长度的聚苯硫醚复合纤维复合，有利于调控电池隔膜的孔隙率、孔径及隔膜厚度；

24、3)为保证在pvdf膜施加后的电解液吸液率不降低，对基膜表面进行真空离子化处理，在含氧气氛中，离子化处理能够提高了纤维表面的极性官能团的数目，从而提高了隔膜的亲水性能，提高电解液的保液率。

技术特征：

1.一种耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法，其特征在于，将第一聚苯硫醚和第二聚苯硫醚以100：15-25的质量比混合，经过熔融纺丝即得纤度为2-3μm的纤维。

3.一种如权利要求1所述的耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法，其特征在于：

7.一种耐高温碱性电解槽改性隔膜，其特征在于，所述隔膜采用权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到。

8.一种权利要求7所述的耐高温碱性电解槽改性隔膜的应用，所述隔膜用于电解碱水。

技术总结本发明公开一种耐高温碱性电解槽改性隔膜的制备方法，其中包括将聚苯硫醚材料熔融制备纤维，经过表面处理后切断，得到两种长度的短纤维，经过预定比例混合，分散打浆、疏解、抄纸、热压即得纤维纸基隔膜。在隔膜表面涂覆聚合物骨架涂层，本发明得到的隔膜，具有良好的热稳定性、化学稳定性、机械性能。技术研发人员：杨华,戴江龙受保护的技术使用者：江阴市恒能氢能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2