[发明专利]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，具体涉及一种全氟磺酸离子交换膜及其制备方法，所述的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。本发明采用的功能表面涂层中不含金属氧化物，完全由具有离子交换能力的全氟聚合物组成，解决了因添加无机氧化物颗粒增加膜电阻的问题，通过功能表面涂层的多孔粗糙结构能够克服气泡粘附所带来的缺点，适合在新型高电流密度条件下的零极距电解槽中运行，可有效降低槽电压，降低能耗，具有十分优异的电化学性能以及长周期的性能稳定性；本发明提供的制备方法科学合理，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于离子交换膜技术领域，具体涉及一种全氟磺酸离子交换膜及其制备方法。

背景技术

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，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。

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。

因此开发一种新型低阻电解槽离子隔膜，降低膜体电阻，提升膜表面驱赶气泡附着性能，降低槽电压使电解生产成本大幅降低，具有重要意义。

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，提供一种全氟磺酸离子交换膜，适合在新型高电流密度条件下的零极距电解槽中运行，可有效降低槽电压，降低能耗，具有十分优异的电化学性能以及长周期的性能稳定性；同时本发明还提供其制备方法，科学合理，易于工业化生产。

本发明所述的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。

所述的全氟磺酸聚合物层厚度为50-250μm，优选70-200μm，全氟磺酸层树脂离子交换容量(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。