一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法与流程

本发明涉及碱性电解水制氢气，具体为一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、工业大规模生产氢气的主要方法为电解水制氢。目前该工艺方案已经相对成熟，不仅产率高，而且对环境更为友好。其中，电解水制氢主要分为碱性水电解制氢（awe）、质子交换膜电解水制氢（pem）、固态氧化物电解水（soec）和阴离子交换膜电解水制氢（aem），其中碱性电解水技术发展最为成熟。

2、隔膜是碱性电解水制氢技术的关键材料，其性能决定了电解槽在同等催化电极条件下的电解能耗、产氢纯度和安全性。一般情况下，质量浓度25~30%的碱性水溶液作为电解制氢的电解液，会对隔膜产生较强的腐蚀作用。因此隔膜应当具有良好的耐碱腐蚀性能。此外，为防止电解过程中产生的氢气和氧气混合影响产物纯度和电解槽的安全性，隔膜还应当具有良好的气密性。复合隔膜兼具有机隔膜和无机隔膜的优点，包含有机物高分子物质、无机纳米颗粒和支撑网三部分。尽管目前对复合多孔隔膜的研究取得了一定成果，但提高无机纳米颗粒和隔膜之间的结合性能以及提高隔膜的亲水性能依然是本技术领域的追求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1：

4、称取盐酸多巴胺，加入到三羟甲基氨基甲烷溶液中，得到盐酸多巴胺溶液；用乙醇和去离子水对聚苯硫醚网进行交替清洗，干燥后加入到盐酸多巴胺溶液中，加入氢氧化钠调节ph值至8.5~9，升温至60~70℃反应20~24h，将聚苯硫醚网取出，得到聚多巴胺改性聚苯硫醚网；

5、步骤2：

6、s21：取3-羟基-2-甲基丙烯、三苯基甲烷三异氰酸酯、催化剂二月桂酸二丁基锡分散到乙酸乙酯中，氮气环境下升温至70~80℃，搅拌反应8~10h，减压蒸馏除去乙酸乙酯，得到双键改性聚氨酯预聚体；

7、s22：取甲苯二异氰酸酯、聚丙二醇2000、催化剂二月桂酸二丁基锡、二羟甲基丙酸、1,4-丁二醇，升温至80~90℃，反应3~5h，得到聚氨酯预聚体；

8、s23：将双键改性聚氨酯预聚体加入到聚氨酯预聚体中，得到混合聚氨酯预聚体；

9、s24：在50~60℃下，将混合聚氨酯预聚体、三乙胺反应30~60min；继续加入乙二胺反应1~2h，加入去离子水乳化1~2h得到固含量为30~50%的聚氨酯涂料；

10、s25：

11、将聚氨酯涂料、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和光引发剂混合，搅拌得到粘结剂；

12、步骤3：

13、将粘结剂喷涂于聚多巴胺改性聚苯硫醚网的两面，单面喷涂厚度为50~200μm，紫外光固化；得到亲水聚苯硫醚网；

14、步骤4：

15、将聚砜树脂、二氧化锆、碳酸钙混合得到聚砜铸膜液，在亲水聚苯硫醚网表面涂覆聚砜铸膜液，经过空气浴、凝胶浴、退火槽、酸洗槽及清洗槽得到复合隔膜。

16、进一步的，步骤1中，盐酸多巴胺溶液的质量浓度为2~3%。

17、进一步的，s21中，3-羟基-2-甲基丙烯、三苯基甲烷三异氰酸酯的摩尔比为（1~2）:1。

18、进一步的，s22中，各组分用量，按重量份数计，75~82份甲苯二异氰酸酯、95~103份聚丙二醇2000、0.1~0.3份催化剂二月桂酸二丁基锡、16~18份二羟甲基丙酸、5~8份1,4-丁二醇。

19、进一步的，s23中，混合聚氨酯预聚体中，各组分含量，按重量百分数计，30~40%双键改性聚氨酯预聚体、60~70%聚氨酯预聚体。

20、进一步的，s24中，混合聚氨酯预聚体、三乙胺、乙二胺的质量比为（36~45）:（5~6）:（2~4）。

21、进一步的，s25中，粘结剂中，各组分含量，按重量份数计，40~50份聚氨酯涂料、5~15份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、8~10份丙烯酸、0.8~1份光引发剂。

22、进一步的，步骤4中，聚砜铸膜液中，各组分含量，按重量百分数计，10~15%聚砜树脂、75~80%二氧化锆、5~10%碳酸钙。

23、进一步的，步骤4中，二氧化锆粒径为50~500nm；碳酸钙粒径为50~500nm。

24、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明先对聚苯硫醚网进行亲水改性，并聚砜树脂、纳米二氧化锆和氧化钙涂覆在亲水改性的聚苯硫醚网上，得到碱性电解制氢隔膜。先使用聚多巴胺对聚苯硫醚网改性，以提高其亲水性。由于聚多巴胺特有的表面粘性，经过改性后的聚苯硫醚网表面的粘附性能大大提高。将双键改性聚氨酯预聚体和常规聚氨酯预聚体混合，经过扩链得到侧链含有双键的聚氨酯，将其与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸混合涂覆在聚多巴胺改性的聚苯硫醚网上，光固化引入磺酸基团和羧基基团，从而提高聚苯硫醚网的亲水性和耐碱腐蚀性，增强阻隔层与聚苯硫醚网之间的结合强度，延长聚苯硫醚网的使用寿命。

25、需要说明的是，在制备双键改性聚氨酯预聚体时，需要将反应物3-羟基-2-甲基丙烯和三苯基甲烷三异氰酸酯的摩尔比控制在（1~2）：1，若3-羟基-2-甲基丙烯过量，会使得三苯基甲烷三异氰酸酯与羟基充分反应，则无法将双键引入到聚氨酯的分子链中，最终聚氨酯对聚苯硫醚网的改性效果。

技术特征：

1.一种亲水聚苯硫醚网的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种亲水聚苯硫醚网的制备工艺，其特征在于：步骤1中，盐酸多巴胺溶液的质量浓度为2~3%。

3.根据权利要求1所述的一种亲水聚苯硫醚网的制备工艺，其特征在于：s21中，3-羟基-2-甲基丙烯、三苯基甲烷三异氰酸酯的摩尔比为（1~2）:1。

4.根据权利要求1所述的一种亲水聚苯硫醚网的制备工艺，其特征在于：s22中，各组分用量，按重量份数计，75~82份甲苯二异氰酸酯、95~103份聚丙二醇2000、0.1~0.3份催化剂二月桂酸二丁基锡、16~18份二羟甲基丙酸、5~8份1,4-丁二醇。

5.根据权利要求1所述的一种亲水聚苯硫醚网的制备工艺，其特征在于：s23中，混合聚氨酯预聚体中，各组分含量，按重量百分数计，30~40%双键改性聚氨酯预聚体、60~70%聚氨酯预聚体。

6.根据权利要求1所述的一种亲水聚苯硫醚网的制备工艺，其特征在于：s24中，混合聚氨酯预聚体、三乙胺、乙二胺的质量比为（36~45）:（5~6）:（2~4）。

7.根据权利要求1所述的一种亲水聚苯硫醚网的制备工艺，其特征在于：s25中，各组分含量，按重量份数计，40~50份聚氨酯涂料、5~15份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、8~10份丙烯酸、0.8~1份光引发剂。

8.根据权利要求1~7中任意一项所述的一种亲水聚苯硫醚网的制备工艺制备的亲水聚苯硫醚网。

9.根据权利要求8所述的亲水聚苯硫醚网在碱性水电解复合隔膜中的应用，其特征在于：以亲水聚苯硫醚网为支撑网，两侧通过聚砜铸膜液铸膜，形成复合隔膜。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：聚砜铸膜液中，各组分含量为，按重量百分数计，10~15%聚砜树脂、75~80%二氧化锆、5~10%碳酸钙。

技术总结本发明涉及碱性电解水制氢气技术领域，具体为一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法。本发明中复合隔膜包括亲水聚苯硫醚网和阻隔层。本发明通过聚多巴胺对聚苯硫醚网进行改性，提高其亲水性，再在聚多巴胺层表面涂覆一层改性聚氨酯涂层，所述聚氨酯由磺酸基单体、羧酸基单体与双键改性聚氨酯混合后经过光固化形成。聚苯硫醚网经过亲水改性后，耐碱性能提高，同时其与阻隔层之间的粘附性能提升，可以在碱性水中长期使用。技术研发人员：吕苏,董红晨,杜宇辰受保护的技术使用者：江苏拓邦环保科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/6