一种连续二次涂布制备低电阻碱性电解水制氢隔膜的方法与流程

本发明属于电解水制氢，尤其是涉及一种连续二次涂布制备低电阻碱性电解水制氢隔膜的方法。

背景技术：

1、碱性电解水技术为目前最为成熟的技术路线。依然存在电解电耗高，产气纯度低，且核心部件比如隔膜依赖进口，因此只有通过关键部件的技术升级及国产化替代才能实现规模提升同时、又降能耗和成本。作为碱性电解水制氢技术的关键材料之一的隔膜，其质量的好坏决定了电解槽在同等催化电极条件下的电解能耗、产氢纯度和安全性问题。

2、复合隔膜作为第三代碱性电解水制氢隔膜，规避了第一代石棉隔膜的致癌性以及第二代聚苯硫醚隔膜的疏水性，结合有机和无机两类材料的优点，具有优异的亲水性，更低的面电阻以及更高的产气纯度，在性能和价格两方面都显示出优势。

3、传统的制备复合隔膜的方法主要步骤包括搅拌混料，随后采用不同的涂覆方式比如slot-die定量涂覆(cn 110869538b)，刮刀(cn 114561654a)，浸涂(cn 116238174a)通过一步法将浆料涂覆在隔网的一侧或者两侧，随后进入凝胶浴以及水槽进行相转化和清洗，最后得到成品隔膜。但由于目前所用隔网厚度均在100-300μm，且为多孔结构，里面含有大量的空气，且目前隔膜制备浆料粘度都在40万-100万cps，在这样的情况下，隔膜孔里的空气容易被浆料包裹，不易排出，最终导致成膜缺陷增加。

4、为了解决电解水制氢隔膜现存在的问题，本专利提出一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法，采用二次连续涂布方式，在隔网两侧分别涂上有机无机复合涂层，并独立调控每一涂层，在保证机械强度的同时制备出不同结构的聚合物阻隔层，在两次涂布中，采用溶剂预溶解处理，确保两次涂层具有良好的相容性以及提升有机无机复合隔膜与pps隔网的结合力，同时两步法涂布技术，可以解决一步法涂布过程中由于气泡被包裹在隔网中无法顺利排出带来的缺陷问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种连续二次涂布制备低电阻碱性电解水制氢隔膜的方法，以解决在一次涂覆工艺过程中，由于料液的携带，导致原本隔网中的空气被束缚在隔网里，较难排除，导致最终成膜容易存在缺陷，因此，本专利提出一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法，通过连续二次涂布的方法，成功制备出无缺陷、电阻低、阻气性高、稳定性良好的隔膜，解决电解过程中隔膜寿命低的问题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种低电阻电解水制氢隔膜的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：将第一高分子材料、第一无机纳米粒子、第一助剂和第一有机溶剂搅拌混合，形成浆料a；将第二高分子材料、第二无机纳米粒子、第一助剂和第二有机溶剂搅拌混合，形成浆料b；

5、s2：隔膜进行等离子体亲水化处理，将浆料a涂敷在隔网的一侧，蒸汽喷汽后，浸入到凝胶浴a中；

6、s3：成膜后，喷淋溶剂，在隔网的另一侧涂敷浆料b，蒸汽喷汽后，浸入到凝胶浴b中，通过热水和氧化剂进行定型，得到低电阻电解水制氢隔膜。

7、进一步地，步骤s1中第一高分子材料和第二高分子材料包括聚砜、聚醚砜、聚苯砜中的任意一种或多种；

8、第一高分子材料和第二高分子材料相同或不同。

9、进一步地，第一无机纳米粒子和第二无机纳米粒子包括氧化锆、二氧化钛、硫酸钡中的任意一种或多种；

10、第一无机纳米粒子和第二无机纳米粒子相同或不相同。

11、进一步地，步骤s1中第一助剂和第二助剂为亲水性有机物，优选的，亲水性有机物包括甘油、聚乙二醇、聚乙烯、吡咯烷酮中的任意一种或多种；

12、第一助剂和第二助剂相同或不相同。

13、进一步地，步骤s1中的凝胶浴a包括：水溶液；水溶液的温度为常温；

14、并且/或者步骤s2中的等离子体亲水化处理的方法为：电晕或者氧等离子体处理；

15、并且/或者步骤s3中的喷淋溶剂包括：与浆料a一致；优选为n-甲基吡咯烷酮；

16、并且/或者步骤s3中的凝胶浴b包括：水溶液；水溶液的温度为常温；

17、并且/或者步骤s3中的热水的温度为：70-95℃；

18、并且/或者步骤s3中的氧化剂为：次氯酸钠。

19、进一步地，浆料a中含有6-12wt％的第一高分子材料；

20、并且/或者浆料a中第一无机纳米粒子与第一高分子材料的质量比为(3-5)：1；

21、并且/或者浆料a内含有0.5wt％-3wt％的第一助剂；

22、并且/或者浆料b中含有6-12wt％的第二高分子材料；

23、并且/或者浆料b中第二无机纳米粒子与第二高分子材料的质量比为(3-5)：1；

24、并且/或者浆料b内含有0.5wt％-3wt％的第二助剂；

25、并且/或者浆料a与浆料b的成分相同或不相同；

26、并且/或者隔网为pps隔网。

27、进一步地，浆料a，按重量体积比计算包括：

28、

29、并且/或者浆料b，按重量体积比计算包括：

30、

31、进一步地，隔膜经过非溶剂致相分离后，分别经过次氯酸钠氧化清洗，去除有机添加剂，随后90℃热水进行清洗，将其余物质清洗干净；并且/或者次氯酸钠浓度3000-5000ppm。

32、进一步地，浆料a和浆料b与隔网的结合力均≥3n/15mm。

33、所述制备过程如下：将一定分量的高分子材料、无机纳米粒子、制孔剂和有机溶剂搅拌混合，形成均匀的浆料a。随后采用slot-die或者刮刀均匀涂覆在pps隔网的一侧，采用蒸汽诱导在表面形成微相分离后，浸入凝胶浴中进一步相转化成膜。成膜后再隔膜另一侧，喷淋纯溶剂，软化后进入下一个工序，采用slot-die或者刮刀涂覆另一个浆料b，依次进行蒸汽诱导相分离(vips)和非溶剂致相分离(nips)，最后再用热水及氧化剂进行定型和清洗，制备出所需结构的复合隔膜。

34、一种低电阻电解水制氢隔膜，使用上述所述的一种低电阻电解水制氢隔膜的制备方法制备得到。

35、一种低电阻电解水制氢隔膜的制备方法使用的装置，包括等离子体改性喷器、第一涂敷喷射器、第一干程恒温横式控制器、溶剂喷淋器、第二涂敷喷射器、第二干程恒温横式控制器、凝胶浴a桶、凝胶浴b桶；

36、隔膜依次通过等离子体改性喷器、第一涂敷喷射器、第一干程恒温横式控制器、凝胶浴a桶、溶剂喷淋器、第二涂敷喷射器、第二干程恒温横式控制器、凝胶浴b桶。

37、该装置的两侧分别设有送卷装置和收卷装置，送卷装置和收卷装置为现有技术。

38、进一步地，凝胶浴a桶、凝胶浴b桶依次设置在工作台上，等离子体改性喷器、第一涂敷喷射器依次设置在远离凝胶浴a桶的一侧，第一干程恒温横式控制器设置在凝胶浴a桶的上方，

39、第二涂敷喷射器、溶剂喷淋器依次设置在凝胶浴a桶、凝胶浴b桶之间，且设置在凝胶浴a桶、凝胶浴b桶的上方，第二干程恒温横式控制器设置在凝胶浴a桶的上方。

40、等离子体改性喷器的底部设有第一辊轮，第一涂敷喷射器的底部设有第二辊轮，凝胶浴a桶的底部设有若干个第三辊轮；隔膜从第三辊轮的底部通过。

41、溶剂喷淋器的底部设有第四辊轮；第二涂敷喷射器的另一侧设有第五辊轮，第五辊轮的上方设有第六辊轮，隔膜从第六辊轮和第五辊轮之间通过，第六辊轮与第五辊轮平行设置。

42、凝胶浴b桶的底部设有若干个第七辊轮；凝胶浴b桶远离凝胶浴a桶的一侧设有第八辊轮。

43、相对于现有技术，本发明所述的一种连续二次涂布制备的低电阻电解水制氢隔膜具有以下优势：

44、本专利提出一种碱性电解水制氢隔膜的制备方法，通过连续二次涂布的方法，成功制备出无缺陷、电阻低、阻气性高、稳定性良好的隔膜，解决电解过程中隔膜寿命低的问题。