[發明專利]含有鏤空隧道的增強型氯堿離子傳導膜及制備方法

在審

• 申請號: 202011346294.5
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112481658A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 張永明;張江山;雷建龍;張志浩;王玉順;甘瑞君
• 申請（專利權）人: 山東東岳高分子材料有限公司
• 主分類號: C25B13/08
• 分類號: C25B13/08;C25B13/02;C25B1/46;B29D7/01
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

本發明屬于離子交換膜技術領域，具體涉及一種含有鏤空隧道的增強型氯堿離子傳導膜及制備方法。所述的含有鏤空隧道的增強型氯堿離子傳導膜包括由全氟磺酸聚合物層和全氟羧酸聚合物層組成的全氟離子交換膜和聚合物增強網層，全氟離子交換膜表面設有表面功能涂層，全氟磺酸聚合物層為含有鏤空隧道的全氟磺酸聚合物層，聚合物增強網層部分或全部嵌入在全氟磺酸聚合物層內部。該含有鏤空隧道的增強型氯堿離子傳導膜在新型高電流密度條件下的零極距電解槽中運行，能使槽電壓顯著降低，同時也具備較好的穩定性，其制備方法，科學合理、簡單易行。

技術領域

本發明屬于離子交換膜技術領域，具體涉及一種含有鏤空隧道的增強型氯堿離子傳導膜及制備方法。

背景技術

由于離子交換膜具有優異的選擇透過性，其已被廣泛的運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上的應用，引起了氯堿工業的革命性變化。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域均具有廣泛應用。在2010年之前，氯堿離子交換膜一直被國外市場所壟斷，一平方米近萬的價格和進口關稅的減免，使國家和我國的氯堿生產行業承受了巨大的壓力。自東岳自主生產的氯堿離子膜成功下線之后，中國成為第三個擁有此技術的國家，我國的氯堿事業才邁上了一個新的臺階。

電解工業作為一高能耗工業，此外全氟氯堿膜制備難度大，價格高，因此，開發更低電耗，更耐用的離子交換膜一直是大家努力的方向。在膜中添加增強纖維材料，可有效的提高膜的機械強度，延遲膜的使用壽命及膜的尺寸穩定性。但加入較多的增強纖維后會導致離子交換膜電阻明顯升高，從而會使得電解過程中電解電壓升高，增加電解過程中的能耗。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種含有鏤空隧道的增強型氯堿離子傳導膜，該含有鏤空隧道的增強型氯堿離子傳導膜在新型高電流密度條件下的零極距電解槽中運行，能使槽電壓顯著降低，同時也具備較好的穩定性；本發明同時提供了簡單易行的制備方法。

本發明所述的含有鏤空隧道的增強型氯堿離子傳導膜，包括由全氟磺酸聚合物層和全氟羧酸聚合物層組成的全氟離子交換膜和聚合物增強網層，全氟離子交換膜表面設有表面功能涂層，全氟磺酸聚合物層為含有鏤空隧道的全氟磺酸聚合物層，聚合物增強網層部分或全部嵌入在全氟磺酸聚合物層內部。

所述的含有鏤空隧道的全氟磺酸聚合物層厚度ds為50-250μm，優選60-180μm；全氟磺酸聚合物離子交換容量為0.8-1.5mmol/g，優選0.9-1.2mmol/g。

所述的含有鏤空隧道的全氟磺酸聚合物層中，鏤空隧道的截面積占全氟磺酸聚合物層截面積的1-40％，隧道截面為規則或不規則結構，如規則或不規則圓形、橢圓形、正方形、長方形，啞鈴型等。

如圖2所示，所述的鏤空隧道，呈互相平行，垂直分布，且相互貫通，聚合物增強網層(t)由聚合物增強網主纖維制成，相鄰的兩根平行聚合物增強網主纖維間含有6-500條鏤空隧道；相鄰兩根聚合物增強網主纖維內部，相鄰、平行的兩條鏤空隧道間距d₂小于等于400μm，鏤空隧道截面孔徑為5-100μm。

所述的聚合物增強網層為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚酰亞胺中的一種。

所述的聚合物增強網為十字交叉結構，平行方向、相鄰的兩根主纖維間距d₁為0.7-1.5mm，優選0.8-1.2mm；單根主纖維孔徑為50-120μm，優選60-100μm。

所述的全氟羧酸聚合物層厚度dc為4-15μm，全氟羧酸聚合物離子交換容量為0.5-1.5mmol/g，優選0.8-1.2mmol/g。

所述的表面功能涂層由含氟聚合物和金屬氧化物組成，其中，含氟聚合物由全氟磺酸聚合物或全氟磷酸聚合物中的一種或兩種組成，優選全氟磺酸聚合物。