[發明專利]一種高純磷酸及磷酸/PBI復合膜的制備與膜和應用

在審

• 申請號: 201611120856.8
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN108178137A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 孫公權;馬文佳;王素力
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B25/234
• 分類號: C01B25/234;H01M8/1069;H01M8/103;H01M8/0289
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種高純磷酸的制備方法，其特征在于：于三口容器中依次加入磷酸溶液和甲苯，在惰性氣體保護下將溶液體系加熱到120-180℃使甲苯和水形成共沸物，并在與三口容器直接相連、盛滿甲苯的回流分水器中冷凝收集共沸物，水在回流分水器底端聚集，隨后通過分水器將甲苯和水放出，并將三口瓶容器余下的甲苯蒸餾分離，得磷酸質量濃度為90％以上的高純磷酸。

2.如權利要求1所述高純磷酸的制備方法，其特征在于：所述磷酸溶液與甲苯的質量比為10:1-1:10。

3.如權利要求1所述高純磷酸的制備方法，其特征在于：所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氖氣、氦氣、氪氣、氙氣、氡氣中的一種或兩種以上。

4.如權利要求1所述高純磷酸的制備方法，其特征在于：通過監控回流分水器中水的體積，可以獲得任一所需濃度的高純磷酸；磷酸溶液已知質量濃度為10-87％磷酸水溶液。

5.一種磷酸/PBI復合膜的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，

(1)高純磷酸的制備：采用權利要求1-3任一一種方法制備質量濃度為90-99.9％的高純磷酸，或采用多聚磷酸、五氧化二磷及其衍生物中的一種水解制備磷酸質量濃度為90-99.9％的高純磷酸；

(2)磷酸/PBI復合膜的制備：將經過前處理的PBI膜置于容器中，于容器中加入步驟(1)所得高純磷酸使PBI膜完全浸沒，將盛有磷酸和PBI膜的容器置于0-200℃條件下處理2-100小時，得磷酸含量為200-700％的磷酸/PBI復合膜。

6.如權利要求5所述磷酸/PBI復合膜的制備方法，其特征在于：

步驟(1)所述多聚磷酸稀釋法為將多聚磷酸置于具有冷凝回流功能的容器中，在充分攪拌的條件下逐滴向裝有多聚磷酸的容器中加水，所加水量為磷酸質量濃度為90％-98％時計算所需水量，加水結束后繼續攪拌至多聚磷酸全部水解形成均相溶液。

7.如權利要求5所述磷酸/PBI復合膜的制備方法，其特征在于：

步驟(2)所述PBI膜為AB-PBI、mPBI、F6-PBI、O-PBI、OSO₂-PBI、Py-PBI、Py-O-PBI、SO₂-PBI、SPBI中的一種，或為AB-PBI、mPBI、F6-PBI、O-PBI、OSO₂-PBI、Py-PBI、Py-O-PBI、SO₂-PBI、SPBI中一種的衍生物；

步驟(2)所述PBI膜的前處理過程為按所需尺寸剪裁PBI膜，并將其置于盛有高純水的燒杯中50℃水浴處理12小時后置于空氣烘箱中50-300℃烘干處理2-5小時；對所得膜進行稱重，記錄；

步驟(2)所述真空干燥溫度為80-180℃，較好為100-150℃，最好為110-130℃；

步驟(2)所述磷酸/PBI復合膜中磷酸含量的計算方法為，磷酸含量百分比＝(浸酸后PBI膜質量-浸酸前PBI膜質量)/浸酸前PBI膜質量。

8.如權利要求4所述磷酸/PBI復合膜的制備方法，其特征在于：

步驟(2)中將盛有磷酸和PBI膜的容器置于20-160℃條件下處理4-48小時，最好置于40-120℃條件下處理6-24小時，對浸酸后的PBI膜進行稱重，得磷酸含量為300-600％的磷酸/PBI復合膜，最好得磷酸含量為450-550％的磷酸/PBI復合膜；

步驟(2)所述磷酸/PBI復合膜面積比電阻為30-200mΩcm^-2，較好為80-150mΩcm^-2，最好為50-80mΩcm^-2。

9.一種采用權利要求5-8任一所述制備方法制備獲得的磷酸/PBI復合膜。

10.一種權利要求9所述制備方法制備獲得的磷酸/PBI復合膜的應用，其特征在于：所述磷酸/PBI復合膜為高溫質子交換膜燃料電池用電解質膜。