[發明專利]超薄低阻氯堿電解槽隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201911423884.0
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111041524A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 張永明;雷建龍;劉烽;張恒;楊淼坤;王麗;戴瓊
• 申請（專利權）人: 山東東岳未來氫能材料有限公司
• 主分類號: C25B13/00
• 分類號: C25B13/00;C25B13/08;C25B1/46
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 趙真真;耿霞

本發明涉及一種超薄低阻氯堿電解槽隔膜及其制備方法，屬于離子交換膜技術領域。本發明所述的電解槽隔膜，包括基膜，基膜的兩面設有功能表面涂層，基膜的底層為全氟磺酸聚合物層，基膜的上層為全氟羧酸聚合物層，全氟磺酸聚合物層內設有多孔無紡聚合物層；功能表面涂層為全氟離子聚合物構成的多孔粗糙結構。本發明所述的電解槽隔膜，其不僅在提高交換膜機械強度的同時，降低了膜體電阻，而且降低了膜表面對氣泡的粘附力，還提高了膜表面的有效電解面積，減少了局部極化現象，適合在新型高電流密度條件下的零極距電解槽中運行，可顯著降低槽電壓，降低能耗；本發明同時提供了簡單易行的制備方法。

技術領域

本發明涉及一種超薄低阻氯堿電解槽隔膜及其制備方法，屬于離子交換膜技術領域。

背景技術

在離子膜法氯堿生產中，為實現在高電流密度、低槽電壓、與堿液濃度高的條件下進行電解，以達到提高生產率與降低電耗的目的，其關鍵在于縮短離子膜與電極間的距離，以降低其槽電壓，使窄極距型的離子膜電解工藝達到實用化。

隨著技術的不斷進步，零極距電解槽已得到廣泛應用，但當電極間的距離減少到小于2mm時，由于膜與陰極緊貼，而使膜面上粘附的氫氣泡難于釋放，故在面向陰極的膜面上積聚了大量的氫氣泡。氣泡阻礙了電流通道，使膜的有效電解面積減少，導致膜面上電流分布不均，局部極化作用明顯增加。由此，反而使膜電阻與槽電壓急劇增大，其電解電耗顯著升高。

為了克服氣泡粘附所帶來的缺點，使粘附的氣泡可以從膜表面快速釋放，開發了親水涂層方法。通過在膜表面制備一層由無機微納米顆粒和具有離子傳導功能的樹脂，使膜表面粗糙化，能有效減少氣泡的粘附。專利CA2446448、CA2444585介紹了采用無機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。為了達到足夠的粗糙度，在涂層體積中需含有40％-90％的無機氧化物顆粒或含氟樹脂顆粒作為填充料，然而無機氧化物顆?；蚝鷺渲w粒本身并沒有傳導離子的功能。大量的無離子傳導能力的無機氧化物顆粒、含氟樹脂顆粒，阻礙了離子傳輸路徑，增加了膜電阻。

CN 104018182 B公開了一種用于氯堿工業的離子傳導膜，該離子傳導膜由全氟離子交換樹脂基膜、多孔增強材料和全氟離子交換樹脂微顆粒表面層組成，全氟離子交換樹脂微顆粒表面層是通過將全氟離子交換樹脂微顆粒溶解在水醇混合液中進行均一化處理，形成全氟離子交換樹脂微顆粒分散液，然后將全氟離子交換樹脂微顆粒分散液附著在全氟離子交換膜上形成的，所述的全氟離子交換樹脂微顆粒是全氟羧酸樹脂微顆?；蛉撬狒人峁簿蹣渲㈩w粒中的一種或兩種與全氟磺酸樹脂微顆粒的混合物。

涂層中材料的組成與涂層形貌共同決定了涂層表面對水下環境氣泡的粘附能力。材料表面能越高親水性越好，水下氣泡越難粘附在其表面。含氟材料表面能較低，在水下對于一些尺寸較小的氣泡很容易粘附。高分子材料具有較好的韌性，破碎成納米級別的尺寸需要采用低溫破碎技術，制造成本非常昂貴，很難批量生產。全氟磺酸顆粒相比于電解液仍具有較高的電阻。

因此，開發一種超薄低阻氯堿電解槽離子交換膜，對降低電極表面過電位，降低膜體電阻，提升膜表面驅趕氣泡附著性能，提高電解效率，具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術書中的不足，提供一種超薄低阻氯堿電解槽隔膜，其不僅在提高交換膜機械強度的同時，降低了膜體電阻，而且降低了膜表面對氣泡的粘附力，還提高了膜表面的有效電解面積，減少了局部極化現象，適合在新型高電流密度條件下的零極距電解槽中運行，可顯著降低槽電壓，降低能耗；本發明同時提供了簡單易行的制備方法。

本發明所述的超薄低阻氯堿電解槽隔膜，包括基膜，基膜的兩面設有功能表面涂層，基膜的底層為全氟磺酸聚合物層，基膜的上層為全氟羧酸聚合物層，全氟磺酸聚合物層內設有多孔無紡聚合物層；功能表面涂層為全氟離子聚合物構成的多孔粗糙結構。