[发明专利]增强低阻氯碱电解槽隔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种增强低阻氯碱电解槽隔膜及其制备方法，属于离子交换膜技术领域。本发明所述的电解槽隔膜，包括基膜，基膜的两面设有功能表面涂层，基膜由全氟磺酸聚合物层和全氟羧酸聚合物层组成，全氟磺酸聚合物层内设有增强材料网，全氟磺酸聚合物层内设有镂空隧道；功能表面涂层为全氟离子聚合物构成的多孔粗糙结构。本发明所述的电解槽隔膜，不仅降低了膜体电阻，有利于离子的快速传导，而且降低了膜表面对气泡的粘附力，还提高了膜表面的有效电解面积，减少了局部极化现象，适合在新型高电流密度条件下的零极距电解槽中运行，可显著降低槽电压，降低能耗；本发明同时提供了简单易行的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种增强低阻氯碱电解槽隔膜及其制备方法，属于离子交换膜技术领域。

背景技术

离子交换膜，是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因为一般在应用时主要是利用它的离子选择透过性，所以也称为离子选择透过性膜。1950年W.朱达首先合成了离子交换膜。1956年首次成功地用于电渗析脱盐工艺上。

由于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，在电解过程中阳极和阴极电极表面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。

为了克服气泡粘附所带来的缺点，使粘附的气泡可以从膜表面快速释放，开发了亲水涂层方法。通过在膜表面制备一层由无机微纳米颗粒和具有离子传导功能的树脂，使膜表面粗糙化，能有效减少气泡的粘附。专利CA2446448、CA2444585介绍了采用无机材料为填充料制备了粗糙的亲水涂层，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。

CN 104018180B公开了一种零极距离子交换膜及其制备方法，是通过在离子交换膜的至少一侧附着非电极多孔气体释放层达到降低电耗的目的，非电极多孔气体释放层由分散液附着在离子交换膜层表面后干燥而成；所述的分散液是由全氟磺酸树脂破碎微颗粒分散在磺酸树脂水醇溶液中形成。

CN 104018182B公开了一种用于氯碱工业的离子传导膜，该离子传导膜由全氟离子交换树脂基膜、多孔增强材料和全氟离子交换树脂微颗粒表面层组成，全氟离子交换树脂微颗粒表面层是通过将全氟离子交换树脂微颗粒溶解在水醇混合液中进行均一化处理，形成全氟离子交换树脂微颗粒分散液，然后将全氟离子交换树脂微颗粒分散液附着在全氟离子交换膜上形成的，所述的全氟离子交换树脂微颗粒是全氟羧酸树脂微颗粒或全氟磺酸羧酸共聚树脂微颗粒中的一种或两种与全氟磺酸树脂微颗粒的混合物。

上述两篇专利存在如下技术上的缺陷：

1、涂层中材料的组成与涂层形貌共同决定了涂层表面对水下环境气泡的粘附能力。材料表面能越高亲水性越好，水下气泡越难粘附在其表面。含氟材料表面能较低，在水下对于一些尺寸较小的气泡很容易粘附。2、高分子材料具有较好的韧性，破碎成纳米级别的尺寸需要采用低温破碎技术，制造成本非常昂贵，很难批量生产。3、全氟磺酸颗粒相比于电解液仍具有较高的电阻。4、全氟磺酸树脂为离子交换树脂其在不同温度及溶液环境中形变尺寸会发生较大变化，在电解过程中工况较复杂，全氟树脂颗粒很容易脱落。