[發明專利]離子導電型物質滲透性復合材料、其制備方法以及該復合材料的應用

無效

• 申請號: 200710307798.4
• 申請日: 2007-10-30
• 公開（公告）號: CN101422703A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: C·海英;G·霍佩爾;B·彭思
• 申請（專利權）人: 贏創德固賽有限責任公司
• 主分類號: B01D71/00
• 分類號: B01D71/00;B01D69/12;C08J5/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫宏艷;林 森

技術領域

本發明涉及具有離子導電特性的物質滲透性復合材料。

背景技術

在現有技術中，離子導電性材料在技術中廣為應用并用于各種用途。特別要提及在電滲析中用作陰離子交換膜或陽離子交換膜，也可在電解槽(Elektrolysezell)或膜電解槽中用作隔膜以及在全蒸發模塊中用作膜。其它應用領域是用燃料電池獲取能量領域。但也可用于在離子導電材料上進行的或由其催化的電化學或催化反應中。

為此應用目前主要是使用帶離子基團的聚合物材料。這里尤其提及改性的聚砜、聚醚砜、聚苯乙烯和改性的聚偏-1，1-二氟乙烯或聚四氟乙烯。這些材料對大部分應用其效能是完全足夠的。但這些聚合物在其使用溫度范圍上是受限的。從約120℃開始會發生材料軟化或該材料不再有足夠的膨脹能力，以確保優良的離子導電性。

無機材料如沸石或其它鋁硅酸鹽雖有較好的溫度穩定性，但在酸性介質中常是不夠穩定的，在運行中會發生該材料的緩慢分解。因此其應用領域僅用于有限的應用領域，如在硫化鈉-硫-電池(能量存儲)或某些電解裝置中。

PCT/EP98/05939中描述了物質滲透性復合材料和其制備方法。該物質滲透性復合材料的特征為高的溫度穩定性，但不具有離子導電性。

發明內容

本發明的目的是提供甚至在高達250℃的溫度還具有優良離子導電性的材料，同時該材料對較高酸濃度不敏感。

令人意外地發現，基于至少一種有通孔的物質滲透性載體的物質滲透性復合材料在保持其優良的溫度穩定性和對酸穩定的條件下還可具有離子導電特性，該復合材料在載體的至少一面上或在載體內含至少一種無機組分，該無機組分主要含至少一種來自至少一種第3～7主族元素的金屬、半金屬或混合金屬的化合物。

因此本發明的主題是基于至少一種有通孔的物質滲透性載體的物質滲透性復合材料，該復合材料在載體的至少一面上或在載體內含至少一種無機組分，該無機組分主要含至少一種來自至少一種第3～7主族元素的金屬、半金屬或混合金屬的化合物，其特征在于，該復合材料具有離子導電特性。

本發明的主題還在于用于制備基于至少一種有通孔的物質滲透性載體的復合材料的方法，該復合材料在載體的至少一面上或在載體內含至少一種無機組分，該無機組分主要含至少一種來自金屬、半金屬或含至少一種第3～7主族元素的混合金屬的化合物，其特征在于，制備具有離子導電特性的復合材料。

本發明的主題還在于權利要求1～20至少之一的復合材料在酸性或堿性催化反應中作為催化劑的應用。

本發明的離子導電性復合材料的特征在于優良的離子導電特性。與通常所設想的，即優良的離子導電性材料必須是無孔的相反，已經發現優良的離子導電性材料不一定是絕對無孔的，而是該孔大小必須小于某限值。如果該孔表面具有離子基團，則會發生呈表面擴散機理的離子導電。在相當高的孔隙度條件下，該離子遷移的機理導致通過材料的高離子流，以致電流密度可達到超過50mA/cm²。

對電滲析中膜的使用或燃料電池中作為質子導電膜的使用，不僅需優良的導電性還需盡可能高的滲透選擇性。本發明的復合材料能很好滿足該前提。作為膜材料使用的本發明的離子導電性復合材料的滲透選擇性依所用材料為0.75～0.98。

下面示例性地描述本發明的復合材料，但不受限于此。

本發明的基于至少一種有通孔的物質滲透性載體的物質滲透性復合材料具有離子導電性，該復合材料在載體的至少一面上或在載體內含至少一種無機組分，該無機組分主要含至少一種來自至少一種第3～7主族元素的金屬、半金屬或混合金屬的化合物。本發明中載體的內部意指載體中的空腔和孔。

根據本發明，有通孔和物質滲透性的載體的空隙大小為0.02-500μm。該空隙可以是孔、網孔、穴、晶格空隙或空腔。該載體可含至少一種材料，該材料選自碳、金屬、合金、玻璃、陶瓷、礦物質、塑料、無定形物質、天然產物、復合物質或這些材料的至少一種組合。該可含所述材料的載體可通過化學的、熱的或機械的處理方法或這些處理方法的組合來改性。優選是該復合材料具有含至少一種金屬、天然纖維或塑料的載體，該載體按至少一種機械成型技術或處理方法如拉、鐓、擠壓、輾壓、拉伸或鍛造改性。非常特別優選的是該復合材料具有至少一種載體，其含至少經織造、粘結、纏結或陶瓷結合的纖維或含至少經燒結或粘結的模制體、球或顆粒。在另一優選實施方案中可應用穿孔的載體。物質滲透性載體也可以是經激光處理或離子輻射處理而變成或使其成物質滲透性。