[发明专利]一种碱性电解水制氢用复合隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种改进的碱性电解水制氢用的复合隔膜，采用热致相分离法制备，工艺简单，可大批量、大面积稳定生产，所制得的复合隔膜是高亲水性的，具有高机械强度，能耐受高温(90～160℃)和高浓度碱液，是一种电解水的碱性电解槽用的优良隔膜。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体来说涉及一种碱性电解水制氢用复合隔膜及其制备方法。

背景技术

当今世界的经济发展受到能源制约日益显著，以石油、煤炭为代表的化石能源，除带来严重的环境污染，还将在可见的未来逐渐耗尽。氢能作为一种可再生能源，有别于太阳能、核能、地热能、海洋能、生物质等新型能源，是一种含能体能源。它燃烧热量高、无污染、来源广，被视为理想的能源载体之一。

目前工业上制氢的主要来源于天然气、石油及其制品、煤制氢和水电解制氢。化石燃料的制氢成本低，但在制氢过程中不可避免地会产生污染，生成温室气体，且原料不可再生。相对而言，水电解制氢的过程中不会产生温室气体，其中碱性水电解制氢的技术较成熟可靠，操作简便，制氢过程中无污染，制取的氢气纯度高达约99.7～99.9％。

碱性电解槽是碱性电解水制氢装置的主体设备，主要由多个电解池组成。每个电解池包括阳极、阴极、隔膜和电解液。隔膜在碱性电解槽中占有很重要的位置，它位于阴极、阳极之间，可以阻止阳极侧氧气与阴极侧氢气的混合，从而保证产生氢气的纯度、电流效率和安全性。

目前，国内的碱性电解槽厂家多采用石棉布作为隔膜。石棉隔膜具有价格低廉、绝缘性好等优点，但石棉隔膜存在以下缺陷：(1)电解过程中石棉易发生膨胀，使得其使用寿命大幅减短。气体的冲击也易使其沿厚度方向产生孔洞，致使产气纯度下降。(2)石棉材料在高温的碱液中易发生溶解，因此石棉隔膜对碱性电解槽的运行温度有一定的要求，因此石棉隔膜限制了电解槽效率的提高。(3)石棉是一种致癌物，在开采加工和使用过程中，会脱落一些细小纤维，对人体健康产生危害。

国内还有一些碱性电解槽厂家使用磺化聚苯硫醚编织布为隔膜。因编织布的孔径为1～10μm，电解过程中阳极侧氧气与阴极侧氢气易发生混合。此外，在使用过程中还存在外漏电解液现象，故此大幅限制了电解槽效率的提升。

基于以上分析，开发一种制作工艺简单，可大批量、大面积稳定生产，可耐受高温(90～160℃)和高浓度碱液，且具有高机械强度的碱性电解槽复合隔膜及其制备方法，对推进碱性电解水制氢的高速发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中碱性电解水制氢的隔膜中的至少一部分缺陷，提供了一种改进的碱性电解水制氢用的复合隔膜，采用热致相分离法制备，工艺简单，可大批量、大面积稳定生产，所制得的复合隔膜是高亲水性的，具有高机械强度，能耐受高温(90～160℃)和高浓度碱液，是一种电解水的碱性电解槽用的优良隔膜。

本发明提供了一种制备碱性电解水制氢用复合隔膜的方法，包括以下步骤：

(1)将质量比为(10～50):(30～85):(5～15):(1～15)的聚合物、稀释剂、增塑剂和无机粒子前驱体加入到搅拌釜中，加热至130～220℃，充分搅拌至混合成均相溶液后，静置脱泡，配制成制膜液；

(2)加热高分子支撑网使其温度为60～160℃，将所述制膜液均匀涂布在所述高分子支撑网表面上，随后进行两段式冷却，连续进入第一段冷却和第二段冷却中发生热致相分离，生成初生膜；

(3)初生膜在20～50℃的萃取液中浸泡2～12h，去除稀释剂的同时原位生成无机粒子，得到复合隔膜。

本发明还提供了一种碱性电解水制氢用复合隔膜，采用本发明的方法制备。