一种用于氧阴极电解的离子交换膜及其制备方法
【专利摘要】本发明属于高分子材料【技术领域】，具体涉及用于氧阴极电解的离子交换膜及其制备方法。用于氧阴极电解的离子交换膜，其是由全氟磺酸离子交换树脂层、全氟羧酸离子交换树脂层、增强网布、亲水涂层和多功能涂层组成的多层复合膜；其中全氟磺酸树脂层厚80-150微米，全氟羧酸树脂层为厚8-15微米，膜阳极侧表面涂覆3-12微米厚的亲水涂层，膜阴极侧表面涂覆3-12微米厚的多功能涂层。其制备方法包括步骤：用含全氟磺酸树脂-催化剂-低级醇分散液对转型后的离子膜羧酸侧进行喷涂，干燥后形成多功能涂层。本发明将催化结构和功能赋予离子膜表面，氧气与离子膜表面充分接触并在其表面反应，降低了槽电压而同时提高了催化效率。
【专利说明】—种用于氧阴极电解的离子交换膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料【技术领域】，具体涉及一种用于氧阴极电解的离子交换膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]氯碱工业通过电解含盐水生产烧碱和氯气，同时产生副产物氢气，是在国民经济中占有重要地位的基础化工原料工业。目前国内烧碱法主要是离子膜法，生产成本中电耗成本约占60%，因此降低电耗对于提高氯碱行业经济效益具有很重要的意义。从根本上讲，氯碱工业的巨大耗电量是由其化学反应本身所决定的。因此，从根本上改变电解含盐水的电化学反应，从而降低理论分解电压，可以有效实现电耗的降低。
【权利要求】
1.一种用于氧阴极电解的离子交换膜，其特征在于，其是由全氟磺酸离子交换树脂层、全氟羧酸离子交换树脂层、增强网布、亲水涂层和多功能涂层组成的多层复合膜；其中所述全氟离子交换膜的基膜总厚度在90-189微米之间，全氟磺酸树脂层厚80-150微米，全氟羧酸树脂层为厚8-15微米，膜阳极侧表面涂覆3-12微米厚的亲水涂层，膜阴极侧表面涂覆3-12微米厚的多功能涂层。
2.根据权利要求1所述的用于氧阴极电解的离子交换膜，其特征在于，所述全氟磺酸离子交换树脂层是四氟乙烯和全氟磺酰基乙烯基醚共聚得到的全氟磺酸树脂，交换容量为0.9-1.20mmol/go
3.根据权利要求1所述的用于氧阴极电解的离子交换膜，其特征在于，所述全氟羧酸离子交换树脂层是四氟乙烯与全氟羧酸酯乙烯基醚共聚而成的聚合物，离子交换容量为0.9-1.05mmol/go
4.根据权利要求1所述的用于氧阴极电解的离子交换膜，其特征在于，所述亲水涂层是由含全氟磺酸树脂的纳米无机氧化物-低级醇分散液涂覆在离子交换树脂基膜表面后干燥而成，其中低级醇为乙醇或丙醇，纳米无机氧化物为Zr02。
5.根据权利要求1所述的用于氧阴极电解的离子交换膜，其特征在于，所述多功能涂层是由含全氟磺酸树脂的纳米无机氧化物-催化剂-低级醇分散液涂覆在离子交换树脂基膜表面后干燥而成。
6.根据权利要求5所述的用于氧阴极电解的离子交换膜，其特征在于，所述含全氟磺酸树脂的纳米无机氧化物-催化剂-低级醇分散液中三种物质的质量比为:含全氟磺酸树脂的纳米无机氧化物:催化剂；低级醇=(3-12):(1-10): (88-96)。
7.根据权利要求5所述的用于氧阴极电解的离子交换膜，其特征在于，所述催化剂为氧化还原催化剂，10-60nm的纳米银粉或直径为15~300nm、长度10~200 μ m银线；低级醇为乙醇或丙醇，纳米无机氧化物为Zr02。
8.根据权利要求1-7任一项所述的用于氧阴极电解的离子交换膜，其制备方法是:a、采用所述的全氟羧酸树脂、全氟磺酸树脂，通过熔融共挤或多层热压复合的工艺制备全氟离子交换树脂基膜； b、采用连续真空复合工艺将增强网布置入含氟离子交换树脂基膜表面或内部形成增强离子膜； C、将步骤b所得的增强离子膜在90°C的质量分数25%的KOH(或NaOH)水-有机溶剂溶液中水解6-12小时进行转型； d、用含质量分数3-10%全氟磺酸树脂、5-15%纳米无机氧化物-低级醇分散液对转型后的离子膜磺酸侧进行喷涂，干燥后形成亲水涂层； e、用含全氟磺酸树脂的纳米无机氧化物-催化剂-低级醇分散液对转型后的离子膜羧酸侧进行喷涂，干燥后形成多功能涂层； f、喷涂完毕的膜浸在质量分数0.2%-2%氢氧化钠水溶液中，静置老化2-24小时后即得到本发明所述氧阴极电解用离子交换膜。
9.根据权利要求8所述的用于氧阴极电解的离子交换膜的制备方法，其特征在于:所述步骤c中有机溶剂为乙醇、异丙醇或DMSO中的一种。
10.根据权利要求8所述的用于氧阴极电解的离子交换膜的制备方法，其特征在于:所述步骤e中，含全氟磺酸树脂的纳米无机氧化物-催化剂-低级醇分散液中三种物质的质量比为:含全氟磺酸树脂 的纳米无机氧化物:催化剂；低级醇=(3-12): (1-10): (88-96)。
【文档编号】C25B13/08GK103540951SQ201310537577
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】王学军, 王婧 申请人:山东东岳高分子材料有限公司