[發明專利]全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液、離子交換膜及制備方法

在審

• 申請號: 202110715097.4
• 申請日: 2021-06-26
• 公開（公告）號: CN113823819A
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 葉家業;鄭春花;李慧云;歐陽惠穎;孫天夫;劉艷琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01M8/1041
• 分類號: H01M8/1041;H01M8/1046;H01M8/1069;H01M8/1072
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 任志龍

1.一種全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液，其特征在于，其制備原料包括耦合磷鎢酸木質素、全氟磺酸樹脂和溶劑；所述耦合磷鎢酸木質素和全氟磺酸樹脂的質量比為（0.1~15）:100。

2.根據權利要求1所述的全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液，其特征在于，所述耦合磷鎢酸木質素的制備原料包括偶聯劑改性木質素和磷鎢酸水溶液；所述偶聯劑改性木質素和磷鎢酸水溶液的質量比為1:（10~100）。

3.根據權利要求2所述的全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液，其特征在于，所述偶聯劑改性木質素的制備方法為：將木質素、偶聯劑加至去離子水和乙醇的混合溶液中，在20~80 ℃、攪拌反應1~24 h，離心、洗滌、干燥后得偶聯劑改性木質素。

4.根據權利要求3所述的全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液，其特征在于，所述木質素和偶聯劑的質量比為1:（0.1~10）。

5.根據權利要求3所述的全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液，其特征在于，所述偶聯劑選自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷和N-（2-氨基乙基）-3-氨基丙基三甲氧基硅烷中的一種或多種。

6.根據權利要求2所述的全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液，其特征在于，所述磷鎢酸水溶液的濃度為1~20 wt%。

7.根據權利要求2所述的全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液，其特征在于，所述耦合磷鎢酸木質素的制備方法為：將偶聯劑改性木質素和磷鎢酸水溶液混合，攪拌反應，離心，洗滌，干燥后得耦合磷鎢酸木質素。

8.權利要求1-7中任一項所述的全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、將全氟磺酸樹脂加入和溶劑混合，混合均勻后轉移到反應釜內，在180~240 ℃反應2~8 h，冷卻，得PFSA溶液；所述全氟磺酸樹脂和溶劑的質量比為（1~20）:100；

S2、將耦合磷鎢酸木質素加入S1步驟制得的PFSA溶液中，攪拌均勻，得全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液。

9.一種聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素離子交換膜，其特征在于，含有由權利要求1-7中任一項所述的一種全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液制得的涂層。

10.一種權利要求9所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素離子交換膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

將全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液涂布到基材的上表面并形成第一PFSA/PWA@lignin涂層；

將多孔聚四氟乙烯薄膜覆蓋到第一PFSA/PWA@lignin涂層上；

在多孔聚四氟乙烯薄膜的上表面再涂布全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液并形成第二PFSA/PWA@lignin涂層；

干燥，冷卻至室溫，剝離基材，得聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素離子交換膜。

11.根據權利要求10所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述干燥包括兩步干燥處理；第一步干燥溫度為80~100 ℃，第一步干燥時間為10~60 min；第二步干燥溫度為140~180 ℃，第二步干燥時間為1~3 h。

12.根據權利要求10所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述再涂布全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素涂膜液操作之前需要等待多孔聚四氟乙烯薄膜浸潤1~30 min。

13.根據權利要求10所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述多孔聚四氟乙烯薄膜的孔隙大小為100~1000 nm，厚度為5~10 μm。

14.根據權利要求10所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷鎢酸木質素離子交換膜的厚度為10~40 μm。