[发明专利]多孔非石棉分隔体及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及惰性的不含石棉的隔膜分隔体(diaphragmseparator)。本发明还涉及沉积惰性的不含石棉隔膜分隔体的方法。

发明背景

碱金属卤化物盐水例如氯化钠和氯化钾盐水在电解槽中的电解是众所周知的商用方法。这些盐水的电解导致产生卤素、氢和水合的金属氢氧化物。在氯化钠盐水的情况下，产生的卤素是氯，而碱金属氢氧化物是氢氧化钠。电解槽典型包含：含有阳极的阳极电解液室，和隔开的含有阴极组件的阴极电解液室。阴极组件典型包含阴极和液体可渗透的隔膜，该隔膜将电解槽分隔成阳极电解液室和阴极电解液室。

为了使电解槽正确运行，要求隔膜是足够多孔的以便允许盐水通过其的液力流动，同时阻止羟基离子由阴极电解液室迁移返回至阳极电解液室。隔膜还应(a)阻止析出的氢气和氧气发生混合，并且(b)具有低的电阻，即具有低的IR降。过去，石棉是用于这些氯-碱电解隔膜槽中的最为常用的隔膜材料。之后，与各种聚合物树脂特别是氟碳化合物树脂结合的石棉(所谓的聚合物改性石棉隔膜)已经被用作隔膜材料。

由于与空气传播石棉纤维相关的健康和环境问题，开发用于氯-碱电解槽的不含石棉的隔膜是正在进行的研究领域。这样的隔膜(通常被称为合成隔膜)典型由对操作氯-碱电解槽的腐蚀性环境具有抵抗性的非石棉纤维质聚合物材料制成。这些材料典型为全氟化的聚合物材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)。这些合成隔膜也可含有各种其它改性剂和添加剂，包括无机填料、造孔剂、润湿剂、离子交换树脂等。

已知用于氯-碱电解槽的合成隔膜可以通过用无机材料对其进行涂覆和/或浸渗来制备。然而，这些过程通常需要向预先形成的隔膜添加无机材料或涂层，因此，需要附加的处理、设备，并且增加了劳动和成本。

因此，希望开发多孔的非石棉分隔体和形成这种分隔体的方法，该分隔体能控制分隔体的渗透性、孔尺寸和弯曲度，由此在氯-碱电解槽中提供了改良的均匀性、操作效率，以及降低的能耗，而无需另外的设备或处理步骤。

发明概述

在一个实施方案中，本发明涉及惰性的非石棉分隔体，该分隔体包含无机/聚合物纤条体(fibrid)和团聚体的复合材料，该复合材料包含：约5重量％至约70重量％的有机卤碳化物(halocarbon)聚合物纤维以及约30重量％至约95重量％的细粉碎非有机微粒，所述非有机微粒牢固结合在所述复合纤条体和团聚体中；一定量的天然树胶增稠剂以提供在0.22sec^-1下为约6270-约590cP的粘度；和惰性无机微粒粉末，其中该惰性无机微粒保持与无机/聚合物纤条体和团聚复合物非结合，该无机微粒粉末具有不大于1.0μm的平均颗粒尺寸并且其存在量使得聚合物纤维与非结合的无机微粒的比例为约1至25。

在另一实施方案中，本发明涉及在用于电解槽的多孔结构上形成惰性的非石棉分隔体的方法，该方法包括：形成无机/聚合物纤条体和团聚体复合材料的含水浆料，该复合材料含有约5重量％至约70重量％的有机卤碳化物聚合物纤维以及约30重量％至约95重量％的细粉碎非有机微粒，所述非有机微粒牢固结合在所述复合纤条体和团聚体中，并且无机微粒与天然树胶增稠剂一起存在于该浆料中；向浆料中添加惰性无机微粒粉末，其中惰性无机微粒保持与无机/聚合物纤条体和团聚体复合物非结合，该无机微粒粉末具有不大于1.0μm的平均颗粒尺寸并且其存在量使得聚合物纤维复合物与非结合无机微粒的比例为约1至25；通过将分隔体浸入从浆料向多孔基材上沉积微粒材料；以约1.0-约7.5L/min＊m²的受控流速对分隔体进行抽真空；从浆料中取出分隔体并持续约1分钟至约90分钟的时段，并再次将分隔体浸入浆料中持续约1分钟到约10分钟的时段；在升高的温度下干燥沉积的分隔体；加热分隔体以允许有机复合纤条体、团聚体和非结合的无机微粒融合在一起；和在表面活性剂溶液中浸泡分隔体以使分隔体亲水。

发明详述