[發(fā)明專利]堿金屬氯化物電解用超薄全氟磺酸離子交換膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911418374.4
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN111188050B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永明;張恒;劉烽;李虹;王麗;張苗苗;雷建龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東東岳高分子材料有限公司
• 主分類號(hào): C25B1/46
• 分類號(hào): C25B1/46;C25B13/08;C25B13/02;C08J5/22
• 代理公司: 濟(jì)南竹森知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37270
• 代理人: 朱家富

本發(fā)明屬于離子交換膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種堿金屬氯化物電解用超薄全氟磺酸離子交換膜及其制備方法。所述的堿金屬氯化物電解用超薄全氟磺酸離子交換膜，包括全氟磺酸聚合物層，在所述全氟磺酸聚合物層表面涂布有功能表面涂層，所述的功能表面涂層由全氟聚合物組成且具有多孔粗糙結(jié)構(gòu)，在所述全氟磺酸聚合物層包埋有多孔無(wú)紡聚合物層。本發(fā)明采用超薄多孔無(wú)紡聚合物作為增強(qiáng)材料，使膜具有較好的機(jī)械性能的同時(shí)兼具更低的膜電阻。采用具有離子傳導(dǎo)功能的全氟磺酸聚合物能提高膜表面粗糙度，進(jìn)而提升其抗起泡性能，適合在新型高電流密度條件下的零極距電解槽中運(yùn)行，可使槽電壓顯著降低。本發(fā)明提供的制備方法工藝簡(jiǎn)單合理，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于離子交換膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種堿金屬氯化物電解用超薄全氟磺酸離子交換膜及其制備方法。

背景技術(shù)

由于離子交換膜具有優(yōu)異的選擇透過性，其已被廣泛的運(yùn)用于電解氧化和還原操作中。全氟離子交換膜在食鹽電解工業(yè)上的應(yīng)用，引起了氯堿工業(yè)的革命性變化。此外其在氯化鉀電解制造碳酸鉀、氯化鈉電解制造碳酸鈉、氯化鈉電解制備亞硫酸鈉、硫酸鈉電解制燒堿和硫酸等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用。離子交換膜被譽(yù)為電解的“芯片”，因此開發(fā)更低電耗，更耐用的離子交換膜一直是大家努力的方向。通過在膜中加入增強(qiáng)網(wǎng)可以有效提高膜的機(jī)械強(qiáng)度，提高膜的耐用性；通過降低陽(yáng)極與陰極之間的槽間距可有效降低槽電壓。但當(dāng)電極間的距離減少到一定距離時(shí)，由于膜緊貼在電極上，電解過程中產(chǎn)生的氣泡極易粘附在膜表面難以釋放。大量氣泡聚集在膜表面阻礙了電流通道，使膜的有效電解面積減小，局部極化作用明顯增加，反而使槽壓升高。

為了克服氣泡粘附所帶來(lái)的缺點(diǎn)，使粘附的氣泡可以從膜表面快速釋放，開發(fā)了親水涂層方法。氯堿工業(yè)中通過在雙層膜表面制備一層由無(wú)機(jī)微納米顆粒和具有離子傳導(dǎo)功能的樹脂，使膜表面粗糙化，能有效減少氣泡的粘附。專利CA2446448、CA2444585介紹了采用無(wú)機(jī)材料為填充料制備了粗糙的親水涂層，專利CN104018182介紹采用含氟樹脂顆粒為填料制備粗糙的親水涂層。為了達(dá)到足夠的粗糙度，在涂層體積中需含有40-90％的無(wú)機(jī)氧化物顆粒或含氟樹脂顆粒作為填充料，然而無(wú)機(jī)氧化物顆粒或含氟樹脂顆粒本身并沒有傳導(dǎo)離子的功能。大量的無(wú)離子傳導(dǎo)能力的無(wú)機(jī)氧化物顆粒、含氟樹脂顆粒，阻礙了離子傳輸路徑，增加了膜電阻。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種堿金屬氯化物電解用超薄全氟磺酸離子交換膜，具有較好的機(jī)械性能同時(shí)兼具更低的膜電阻，適用在新型高電流密度條件下的零極距電解槽中，能有效降低槽電壓，減少電解能耗，降低生產(chǎn)成本，并且減小了基膜的厚度，擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)本發(fā)買那個(gè)還提供其制備方法，科學(xué)合理，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明所述的堿金屬氯化物電解用超薄全氟磺酸離子交換膜，包括全氟磺酸聚合物層，在所述全氟磺酸聚合物層表面涂布有功能表面涂層，所述的功能表面涂層由全氟聚合物組成且具有多孔粗糙結(jié)構(gòu)，在所述全氟磺酸聚合物層包埋有多孔無(wú)紡聚合物層。

所述的全氟磺酸聚合物層厚度為10-80μm，優(yōu)選20-60μm，離子交換容量為0.6-1.5mmol/g，優(yōu)選0.8-1.2mmol/g。

所述的功能表面涂層表面及內(nèi)部均不含有金屬氧化物，由具有離子交換功能的全氟聚合物組成，所述全氟聚合物為全氟磺酸聚合物、全氟羧酸聚合物或全氟磷酸聚合物中的一種或一種以上，優(yōu)選全氟磺酸聚合物，所述全氟聚合物離子交換容量(IEC)為0.5-1.5mmol/g，優(yōu)選0.8-1.1mmol/g。