专利名称：具有高电流效率的离子交换膜及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明是一种在氯碱电解槽中具有高电流效率的离子交换膜。属于用于离子膜电解槽中同时生产碱金属氢氧化物与氯气的复合膜。
背景技术：
离子膜法制碱是目前最先进和经济上最合理的烧碱生产方法。提高离子膜制碱过程中电解槽的电流效率是离子膜生产厂家和制碱企业共同的研究课题之一。影响离子膜电解槽电流效率的因素有很多，例如离子交换膜自身的交换容量、结构、厚度；电解槽的操作温度、电流密度；盐水中的杂质含量、阳极液中氯化钠的浓度以及烧碱浓度等。其中，通过改变离子膜结构、厚度及其所用原材料的交换容量等技术特征，对电解槽电流效率的提高产生明显效果。为了在不同的烧碱浓度下获得较高的电流效率，旭硝子公司通过改变离子膜的交换容量来实现，例如，旭硝子FlemiOn430膜的IEC值为1. 20mmol/g，该膜用于生产22-28% 的烧碱时，可以得到较高的电流效率；但当用于制备高浓度烧碱时，其电流效率明显下降； 与之对应的FlemiOn230膜的IEC值为1. 44mmol/g，用于生产35%的烧碱时，可以得到较高的电流效率；而用于制备低浓度烧碱时，其电流效率反而下降。旭化成公司开发的AciplexF-4000系列离子膜通过改变羧酸层的厚度和交换容量实现了在较宽的碱浓度变化范围保持较高的电流效率，但相对膜的机械强度偏低，碱中
含盐量偏高。专利CN 1036606A中介绍了一种生产浓烧碱的离子膜电解方法，该发明从离子膜的材质和结构入手进行改进，所生产烧碱的浓度可达42-43wt%，其电流效率可以保持在 93-97% ；但该发明也仅适用于生产高浓度烧碱，在低浓度烧碱的生产过程中电流效率降低。专利US 402M05和US 4135996均报道了浓度高于40%的NaOH烧碱的制备方法， 但制碱过程中电解槽的电流效率均低于90%。专利US 4212713和US 4202743报道了采用高当量羧酸基离子膜制备浓烧碱时具有较高的电流效率，但制碱过程中离子膜的羧酸基团不稳定会逐渐分解。专利CN 1062382A公开了一种含氟阳离子交换膜，该离子膜应用于电解中，适合于在高碱液浓度和高电流密度的操作条件下制备碱金属氢氧化物，但该离子膜制备工艺比较复杂，且从实施例中可以发现，该离子膜在电解过程中产生的槽压较高。一种机械强度高、化学稳定性好；不仅适用于高碱液浓度、也适用于低碱液浓度； 在电解过程中，电解槽始终保持高的电流效率和较低的槽压；产品氢氧化物纯度高，而且制备工艺简单、成本较低的在氯碱电解槽中具有高电流效率的离子交换膜是人们所期待的
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种机械强度高、化学稳定性好，在宽碱浓度范围内、高电流密度下，能保持较高电流效率的离子膜及其制备方法和作为氯碱电解槽电解制备烧碱的用途。本发明一种具有高电流效率的离子交换膜，其特征在于由三层全氟离子交换树脂基膜和增强材料复合而成，三层全氟离子交换树脂基膜依次为高交换容量磺酸层(A)、低交换容量磺酸层(B)和高交换容量羧酸层(C)，在靠近高交换容量磺酸层(A)的一侧复合增强材料；上述全氟离子交换树脂，具有下式所示的结构通式
权利要求
1.一种具有高电流效率的离子交换膜，其特征在于由三层全氟离子交换树脂基膜和增强材料复合而成，三层全氟离子交换树脂基膜依次为高交换容量磺酸层(A)、低交换容量磺酸层(B)和高交换容量羧酸层(C)，在靠近高交换容量磺酸层(A)的一侧复合增强材料；上述全氟离子交换树脂，具有下式所示的结构通式
2.根据权利要求1所述的具有高电流效率的离子交换膜，其特征在于所述高交换容量磺酸层(A)交换容量IEC为1. 05 1. 4mmol/g ；所述低交换容量磺酸层(B)交换容量IEC为0.7 0. 9mmol/g ；所述高交换容量羧酸层(C)交换容量IEC为1. 0 1. 3mmol/go
3.根据权利要求1的在氯碱电解槽中具有高电流效率的离子交换膜，其特征在于所述的高交换容量磺酸层(A)，采用长链磺酸树脂或短链磺酸树脂制备；所述的低交换容量磺酸层(B)，采用长链磺酸树脂或短链磺酸树脂制备；所述的高交换容量羧酸层(C)，采用长链羧酸树脂或短链羧酸树脂制备。
4.根据权利要求3所述的具有高电流效率的离子交换膜，其特征在于所述的高交换容量磺酸层(A)，采用短链磺酸树脂；所述的低交换容量磺酸层(B)，采用长链磺酸树脂；
5.根据权利要求1所述的具有高电流效率的离子交换膜，其特征在于所述增强材料的厚度为50 70微米，嵌入高交换容量磺酸层(A)的增强材料的厚度至少为增强材料整体厚度的70%。
6.根据权利要求5所述的具有高电流效率的离子交换膜，其特征在于所述增强材料选自聚四氟乙烯纤维网、PFA纤维网、聚全氟乙丙烯纤维网、聚全氟丙基乙烯基醚纤维网中的任意一种。
7.一种制备权利要求1-6之一所述具有高电流效率的离子交换膜的方法，其特征在于三层全氟离子交换树脂基膜通过熔融共挤出成型后，再将增强材料热压复合于高交换容量磺酸层(A)的一侧，形成复合离子膜，复合离子膜经功能化处理后制得具有高电流效率的离子交换膜。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述功能化处理为转型、亲水涂层处理，所述复合离子膜在90°C的25wt% KOH水溶液中水解10-15小时进行转型处理，再用含 3-5wt%全氟磺酸树脂的乙醇分散液对转型后的增强离子膜进行双面喷涂，干燥后形成亲水涂层。
9.一种权利要求1-6之一所述具有高电流效率的离子交换膜是作为在氯碱槽中电解制备烧碱的应用。
全文摘要
本发明涉及一种具有高电流效率的离子交换膜及其制备方法和在氯碱槽中电解制备烧碱的应用。属于用于离子膜电解槽中同时生产碱金属氢氧化物与氯气的复合膜。其特征在于由三层全氟离子交换树脂基膜和增强材料复合而成，三层全氟离子交换树脂基膜依次为高交换容量磺酸层、低交换容量磺酸层和高交换容量羧酸层，在靠近高交换容量磺酸层的一侧复合增强材料。本发明提供了一种机械强度高、化学稳定性好；不仅适用于高碱液浓度、也适用于低碱液浓度；在电解过程中，电解槽始终保持高的电流效率和较低的槽压；产品氢氧化物中杂质少、纯度高，而且制备工艺简单、成本较低的在氯碱电解槽中具有高电流效率的离子交换膜。
文档编号C25B9/10GK102336043SQ201110140449
公开日2012年2月1日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者宗少杰, 张恒, 张永明, 王婧, 赵宽 申请人:山东东岳高分子材料有限公司