[发明专利]用于氯化物电解的增强全氟磺酸离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明属于离子交换膜技术领域，具体涉及一种用于氯化物电解的增强全氟磺酸离子交换膜及其制备方法。所述全氟磺酸离子交换膜，包括全氟磺酸聚合物层，在所述全氟磺酸聚合物层表面涂布有功能表面涂层，所述的功能表面涂层由全氟聚合物组成且具有多孔粗糙结构，在所述全氟磺酸聚合物层包埋有增强材料层，在所述增强材料层设有镂空隧道结构。本发明在全氟磺酸基膜内增加了全氟聚合物增强网同时在膜内部制备了镂空隧道，使其具有较好的机械性能的同时兼具更低的膜电阻，采用具有离子传导功能的全氟离子聚合物代替现有产品中含有金属氧化物的全氟磺酸涂层，同时形成的多孔通道能提高膜表面粗糙度，进而提升其抗起泡性能。

技术领域

本发明属于离子交换膜技术领域，具体涉及一种用于氯化物电解的增强全氟磺酸离子交换膜及其制备方法。

背景技术

离子交换膜具有优异的选择透过性，其已被广泛的运用于电解氧化和还原操作中。全氟离子交换膜在食盐电解工业上的应用，引起了氯碱工业的革命性变化。此外其在氯化钾电解制造碳酸钾、氯化钠电解制造碳酸钠、氯化钠电解制备亚硫酸钠、硫酸钠电解制烧碱和硫酸等领域均具有广泛应用。电解工业作为一高能耗工业，开发更低电耗的电解技术一直是大家努力的方向。随着科技的发展，通过降低阳极与阴极之间的槽间距可有效降低槽电压。但当电极间的距离减少到一定距离时，由于膜紧贴在电极上，电解过程中产生的气泡极易粘附在膜表面难以释放。大量气泡聚集在膜表面阻碍了电流通道，使膜的有效电解面积减小，局部极化作用明显增加，反而使槽压升高。

专利CN104018182介绍采用含氟树脂颗粒为填料制备粗糙的亲水涂层。为了达到足够的粗糙度，在涂层体积中需含有40-90％的无机氧化物颗粒或含氟树脂颗粒作为填充料，然而无机氧化物颗粒或含氟树脂颗粒本身并没有传导离子的功能。大量的无离子传导能力的无机氧化物颗粒、含氟树脂颗粒，阻碍了离子传输路径，增加了膜电阻。

目前，全氟磺酸离子交换膜都存在交换容量高而机械强度低、机械强度高而交换容量低的问题。并且，在实际应用中对隔膜机械强度及强度的使用寿命要求相当高，现有的全氟磺酸离子交换膜并不能满足。

CN102024928A中采用了聚四氟乙烯网布用作增强材料来增加基膜的机械强度，但是增强材料必然会增加基膜的电阻，影响基膜的离子交换能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于氯化物电解的增强全氟磺酸离子交换膜，具有良好的机械性能，同时还具有较低的膜电阻，能够满足更高要求的使用；同时本发明还提供其制备方法，科学合理，简单易操作，适合工业化生产。

本发明所述的用于氯化物电解的增强全氟磺酸离子交换膜，包括全氟磺酸聚合物层，在所述全氟磺酸聚合物层表面涂布有功能表面涂层，所述的功能表面涂层由全氟聚合物组成且具有多孔粗糙结构，在所述全氟磺酸聚合物层包埋有增强材料层，在所述增强材料层设有镂空隧道结构。

所述的全氟磺酸聚合物层厚度为50-250μm，优选70-200μm，离子交换容量(IEC)为0.6-1.5mmol/g，优选0.8-1.2mmol/g。

所述的功能表面涂层表面及内部均不含有金属氧化物，由具有离子交换功能的全氟聚合物组成，所述全氟聚合物为全氟磺酸聚合物、全氟羧酸聚合物或全氟磷酸聚合物中的一种或一种以上，优选全氟磺酸聚合物，所述全氟聚合物离子交换容量(IEC)为0.5-1.5mmol/g，优选0.8-1.1mmol/g。