一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法与应用与流程

本发明涉及水电解制氢，尤其是一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、碱性水电解制氢的能量利用高效、氢气纯度高，且在整个电解过程中无污染，因此受到了越来越广泛的研究。目前碱性水电解制氢电解槽所使用的商业化复合隔膜主要为zirfon perl复合隔膜，其主要由开放式网状聚苯硫醚织物组成，该织物上附着有亲水性无机粒子和聚合物层，现有的复合隔膜在电解过程中，表面容易吸附气泡，降低了离子通过率，且复合隔膜的孔径分布的不匀也易使得两极气体从大孔处逃窜交叉，引发安全问题；此外，隔膜在长期动态电解条件下也极易发生填料脱落。

2、为此，本发明提出了一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法与应用。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法与应用。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明第一方面提出一种碱性水电解复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：将高分子聚合物溶于有机溶剂中，再加入亲水性无机纳米颗粒和聚乙烯亚胺混合均匀，得到涂层浆料；

5、优选的，在50℃下，将高分子聚合物溶解于有机溶剂中，搅拌1h，再加入亲水性无机纳米颗粒和聚乙烯亚胺搅拌2h，混合均匀，再进行超声脱气处理，超声功率500-1000w，时间0.5-3h，得到涂层浆料；

6、s2：将涂层浆料涂覆于基底支撑网布表面，经过反应固化，得到第一隔膜；

7、优选的，基底支撑网布的网孔孔径为40-100目，基底支撑网布的厚度为50-300μm。

8、s3：将壳聚糖、聚乙二醇、交联剂加入到乙酸溶液中，混合均匀，得到混合溶液；

9、s4：将混合溶液涂覆在第一隔膜表面，固化除杂，得到复合隔膜。

10、优选的，固化除杂的方式为：在30-60℃下干燥后浸入去离子水中除去多余乙酸及聚乙二醇。

11、优选的，复合隔膜的厚度为150-800μm。

12、在一些实施例中，所述高分子聚合物为聚砜、聚苯砜、聚醚砜中的至少一种。

13、在一些实施例中，所述亲水性无机纳米颗粒包括zro2、ceo2、tio2、al2o3和zno中的至少一种，所述亲水性无机纳米颗粒的粒径为40-200nm。

14、在一些实施例中，所述有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺和n,n-二甲基乙酰胺中的至少一种。

15、在一些实施例中，所述s1涂层浆料各组分的质量百分比为：高分子聚合物5-20％、亲水性无机纳米颗粒20-60％、聚乙烯亚胺1-10％、有机溶剂30-60％。

16、在一些实施例中，所述壳聚糖：聚乙二醇：交联剂的质量比为1：(0.2-1)：(0.2-1)，所述乙酸溶液的质量百分浓度为1-5％，所述混合溶液的质量百分浓度为1-5％。

17、在一些实施例中，所述基底支撑网布的材质包括聚苯硫醚，所述交联剂包括戊二醛。

18、在一些实施例中，所述s2反应固化的方式包括：先在20-100℃下预蒸发0.2-10min，再转移至20-80℃的凝固浴中1-10min进行相转化，再经过洗涤、干燥。

19、优选的，凝固浴的溶液为乙醇、水中的至少一种；

20、优选的，洗涤为去离子水漂洗3次，在40-60℃下干燥30-60min。

21、本发明第二方面提出根据上述制备方法制备得到的复合隔膜。

22、本发明第三方面提出上述复合隔膜在碱性水电解制氢领域的应用。

23、本发明的有益效果：

24、1、本发明通过在第一隔膜表面负载壳聚糖，以构建亲水层，由于壳聚糖的多羟基结构，改善了隔膜的润湿性能，降低了隔膜面电阻，提高了隔膜的亲水性，以解决复合隔膜表面在电解过程中容易吸附气泡的问题；

25、2、本发明先在聚苯硫醚基底支撑网布表面涂覆含有聚乙烯亚胺的高分子聚合物涂层浆料，固化后，高分子聚合物紧密的附着在基底支撑网布表面，形成了第一隔膜，再通过将含有壳聚糖的混合溶液涂覆在第一隔膜的表面，壳聚糖与聚乙烯亚胺中游离的氨基通过戊二醛中的醛基进行交联，使得壳聚糖亲水层能与表面聚合物层牢固结合，减少或避免了长期动态电解过程中亲水性无机纳米颗粒的脱落的风险，同时也避免了仅仅通过涂覆壳聚糖涂层而可能产生的壳聚糖涂层与复合隔膜基体结合不牢的缺陷，进一步提升了隔膜的长期稳定性；

26、3、壳聚糖亲水层在一定程度上弥补了部分隔膜表面孔径不均的缺陷，而高分子致孔剂聚乙二醇的加入使得壳聚糖亲水层表面产生均匀微孔，形成壳聚糖亲水微孔层，进一步弥补了复合隔膜表面孔径不匀的缺陷，使得复合隔膜表面微孔的泡点压力增大，气密性得到提高，而壳聚糖所附带的羟基官能团作为离子传输位点，进一步协助电解液中oh-的通过，提高离子通过率。

技术特征：

1.一种碱性水电解复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种碱性水电解复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物为聚砜、聚苯砜、聚醚砜中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种碱性水电解复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述亲水性无机纳米颗粒包括zro2、ceo2、tio2、al2o3和zno中的至少一种，所述亲水性无机纳米颗粒的粒径为40-200 nm。

4.根据权利要求1所述的一种碱性水电解复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺和n,n-二甲基乙酰胺中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种碱性水电解复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述s1涂层浆料各组分的质量百分比为：高分子聚合物5-20%、亲水性无机纳米颗粒20-60%、聚乙烯亚胺1-10%、有机溶剂30-60%。

6.根据权利要求1所述的一种碱性水电解复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖：聚乙二醇：交联剂的质量比为1：（0.2-1）：（0.2-1），所述乙酸溶液的质量百分浓度为1-5%，所述混合溶液的质量百分浓度为1-5%。

7.根据权利要求6所述的一种碱性水电解复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述基底支撑网布的材质包括聚苯硫醚，所述交联剂包括戊二醛。

8.根据权利要求1所述的一种碱性水电解复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述s2反应固化的方式包括：先在20-100℃下预蒸发0.2-10min，再转移至20-80℃的凝固浴中1-10min，再经过洗涤、干燥。

9.如权利要求1-8任一权利要求所述的一种碱性水电解复合隔膜的制备方法制备得到的复合隔膜。

10.如权利要求9所述的复合隔膜在碱性水电解制氢领域的应用。

技术总结本发明涉及水电解制氢技术领域，尤其是一种碱性水电解复合隔膜及其制备方法与应用，现提出如下方案，其包括S1：将高分子聚合物溶于有机溶剂中，再加入亲水性无机纳米颗粒和聚乙烯亚胺混合均匀，得到涂层浆料；S2：将涂层浆料涂覆于基底支撑网布表面，经过反应固化，得到第一隔膜；S3：将壳聚糖、聚乙二醇、交联剂加入到乙酸溶液中，混合均匀，得到混合溶液；S4：将混合溶液涂覆在第一隔膜表面，固化除杂，得到复合隔膜。本发明通过在基底支撑网布表面负载壳聚糖，以构建亲水层，由于壳聚糖的多羟基结构，改善了隔膜的润湿性能，降低了隔膜面电阻，提高了隔膜的亲水性，以解决复合隔膜表面在电解过程中容易吸附气泡的问题。技术研发人员：喻鹏祥,朱梦凯,李晋源,李阳,朱文祥,庄源受保护的技术使用者：浙江海利得新材料股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18