本发明属于碱性电解水制氢,特别是指一种碱性电解水制氢用pps复合膜的制备方法。
背景技术:
1、氢能是最理想的二次能源。在诸多制氢技术中,碱性电解水制氢虽有制氢效率较低、动态响应差等不足,但也具有结构简单、操作方便等优势。隔膜作为碱性电解水制氢装置中的关键设备,主要起着隔绝电解氢产生的氢气和氧气、传输离子等作用,直接影响到碱性水电解制氢装置运行时的安全性与制氢成本。
2、现有技术中,商业化碱性电解隔膜已出现石棉电解隔膜、聚苯硫醚(pps)机织隔膜和复合隔膜三代产品。石棉隔膜由于其致癌性,已被市场所淘汰。pps是一种具有优秀耐酸碱性、耐高温和结构稳定等特点的新型材料,用其制备的机织或非织造隔膜得到广泛的研究:林雅莉等人通过浓硫酸处理pps机织品,显著增强pps机织品的亲水性能,对水接触角由90°降低至0°,但改性后pps机织品的拉伸强力显著降低。中国专利cn119082796a通过硫酸、双氧水和乙酸对pps纤维改性制得了pps改性长丝纤维,并进一步通过热轧工艺制备了改性pps长丝纤维隔膜,改性后纤维中氧元素的提高实现提高了隔膜的亲水性能,进而降低了面电阻和能耗;并且,长丝纤维还提高了隔膜的机械强度,同时优化了隔膜的孔隙和孔径,减少了毛羽,保证制氢过程中的安全性;但是,仅通过化学改性为pps纤维添加亲水官能团的方法耐久性通常较差,无法满足制氢系统长期稳定运行的要求。中国专利cn115142089a通过原位生长法获得层状双金属氢氧化物,并将其混合在铸膜液中,然后通过溶液浇铸法制得有机-无机复合隔膜,具有优秀的离子传导性能,但溶液浇铸法制膜对工艺要求较高,难以实现大规模工业化。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种碱性电解水制氢用pps复合膜的制备方法,解决现有技术中存在的问题,所制备的复合膜具有亲水性好、电阻率低和制备简单等优点。
2、为了达成上述目的,本发明的解决方案是:
3、一种碱性电解水制氢用pps复合膜的制备方法,包括以下步骤:
4、步骤1、选取pps机织品并使用空气吹扫干净,裁剪备用;
5、步骤2、将双氧水、乙酸、硫酸和水混合,制得混酸溶液,将裁剪后的pps机织品浸渍于混酸溶液中处理,然后进行清洗、烘干得到改性pps机织品;
6、步骤3、将改性pps机织品依次浸渍于铈前驱体溶液和碱溶液中处理,然后烘干;
7、步骤4、重复至少两次步骤3,制得用于碱性电解水制氢的pps复合膜。
8、所述步骤1中,所选取的pps机织品的克重为400~600g/m2,干透气量为5~30l/(dm2*min),厚度为0.8~2.0mm。
9、所述步骤2中,所述混酸溶液中水为溶剂,其它组分的质量浓度为:双氧水15%~30%,乙酸25%~40%,硫酸20%~50%。
10、所述步骤2中,裁剪后的pps机织品在混酸溶液中的处理时间为10~20min,处理温度为20~40℃。
11、所述步骤2中,烘干温度为60~100℃;所述步骤3中,烘干温度为150~200℃。
12、所述步骤3中,所述铈前驱体为六水合硝酸铈、硝酸铈铵、氯化铈、醋酸铈中的一种。
13、所述步骤3中,所述铈前驱体溶液中ce4+/ce3+浓度为:0.1~2m。
14、所述步骤3中,所述碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
15、所述步骤3中,所述碱溶液的浓度为2~15m。
16、所述步骤3中,先将改性pps机织品在所述铈前驱体溶液中浸渍至吸附饱和后,再置于所述碱溶液中浸渍5min。
17、采用上述技术方案后,本发明具有以下技术效果:
18、①反应过程较为温和,对设备要求简单,便于工业化量产;
19、②混酸改性为pps机织品引入了大量的磺酸基、砜基和亚砜基结构,强化了pps机织品的亲水性能,也为铈氧化物/氢氧化物提供了丰富的附着位点,避免亲水层的脱落,提升了隔膜稳定性;
20、③通过浸渍处理的方式使得铈氧化物/氢氧化物在改性pps机织品均匀原位生长,优化隔膜的孔隙结构,提升隔膜气密性;
21、④铈氧化物/氢氧化物的加入增加了隔膜对氢氧离子传导性能;
22、⑤最终制得pps复合膜具有力学性能优异、亲水性好、电阻率低和在高碱环境下性能稳定等优点。
1.一种碱性电解水制氢用pps复合膜的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
2.如权利要求1所述的碱性电解水制氢用pps复合膜的制备方法,其特征在于:
3.如权利要求1所述的碱性电解水制氢用pps复合膜的制备方法,其特征在于:
4.如权利要求1所述的碱性电解水制氢用pps复合膜的制备方法,其特征在于:
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10.如权利要求1所述的碱性电解水制氢用pps复合膜的制备方法,其特征在于: