[发明专利]基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法

权利要求书

1.基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，其特征在于具体过程为：

步骤S1，铸膜液的制备：将磺化无机物加入到质量分数为90％-95％的有机溶剂中并超声分散，再加入质量分数为5％-10％的磺化有机聚合物并于40-60℃搅拌12-24h，静置脱泡12-24h得到均质铸膜液，其中磺化无机物为磺化二氧化钛、磺化二氧化硅、磺化氧化石墨烯或磺化氧化锆中的一种或多种，磺化有机聚合物为磺化聚苯乙烯、磺化聚芳醚砜、磺化聚芳醚酮、磺化聚酰亚胺、磺化聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、磺化聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)或磺化改性聚偏氟乙烯中的一种或多种，磺化有机聚合物采用硫酸直接磺化法制备，磺化度为30％-60％；

步骤S2，复合质子交换膜的制备：将步骤S1得到的均质铸膜液倾倒于模具中流延成膜，再将模具置于真空干燥箱中于60℃、80℃、100℃各加热2h，最后在120℃条件下加热至液态膜变为固态膜；

步骤S3，复合质子交换膜的后处理：将步骤S2得到的固态膜在1mol/L的硫酸溶液中于80℃热处理2-6h，再用去离子水冲洗干净，晾干保存即得到磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备的高性能质子交换膜，其中磺化无机物的引入能够实现同步提高复合质子交换膜质子传导率和抗污染能力的双重目的，使得复合质子交换膜能够满足微生物电化学技术对质子交换膜所需高质子传导率和高抗污染能力的要求，制得的复合质子交换膜具有较高的含水率和质子传导率以及较低的溶胀率和亲水接触角，其含水率不低于28％，质子传导率为0.068-0.102S/cm，溶胀率不大于10.9％，亲水接触角低于70.2°。

2.根据权利要求1所述的基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，其特征在于：步骤S1中所述磺化无机物添加量为磺化有机聚合物质量的1％-10％。

3.根据权利要求1所述的基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，其特征在于：步骤S1中所述有机溶剂为二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氮甲基吡咯烷酮、四氢呋喃或丙酮中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，其特征在于：步骤S1中所述磺化无机物加入到质量分数为90％-95％的有机溶剂中并超声分散1-2h。

5.根据权利要求1所述的基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，其特征在于：步骤S1中所述磺化无机物的具体制备过程为：将无机粉体加入到1mol/L硫酸和甲醇的混合溶液中并超声分散1-2h，再于60-80℃机械搅拌3-8h，最后将所得溶液在105℃条件下真空干燥至干得到磺化无机物，其中无机粉体为二氧化钛、二氧化硅、氧化石墨烯或氧化锆。

6.根据权利要求1所述的基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，其特征在于：步骤S1中所述磺化无机物的具体制备过程为：将无机粉体加入到质量分数为97％的浓硫酸中，再将所得混合溶液置于带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，控制压力为0-1.3Mpa反应2-6h，然后使用去离子水将反应后的无机颗粒清洗干净，过滤，于80℃真空干燥至干得到磺化无机物，所制得的磺化无机物置于干燥器中保存，用于防止磺化无机物颗粒吸水团聚，其中无机粉体为二氧化钛、二氧化硅、氧化石墨烯或氧化锆。

7.根据权利要求1所述的基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，其特征在于：步骤S2中通过控制加入模具中均质铸膜液的量实现形成固态膜的厚度为60-150μm。

8.根据权利要求1所述的基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，其特征在于：步骤S2中所述模具为聚四氟乙烯模具、玻璃模具或不锈钢模具，该模具尺寸长×宽为(8-20)cm*(5-15)cm。