[发明专利]一种BC基碱性阴离子交换膜及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种BC基碱性阴离子交换膜及其制备和应用，所述交换膜以包括细菌纤维素膜、含季铵基团的水溶性聚合物的组分，通过化学交联获得。本发明提供的BC基碱性阴离子交换复合膜制备方法简单，成本低廉，环境友好，易于规模化应用。

技术领域

本发明属于CO₂电催化转化的阴离子交换膜及其制备和应用领域，特别涉及一种BC基碱性阴离子交换膜及其制备和应用。

背景技术

近年来，CO₂电化学还原法(ERC)因其可使用可再生能源驱动可在室温常压下最终将其转换为高附加值燃料和有用化学品备受研究者的青睐[Science Bulletin,64(2019)1890-1895]。在过去几十年，更多的研究都倾向于开发新颖高效的电极催化剂来提高CO₂电化学还原性能。然而，作为CO₂电化学还原的核心，隔膜同样起着非常重要的作用，它不仅可以有效分离电解槽阴阳两极的电解液，在抑制产物交叉的同时调节两电极之间的离子流动。目前在CO₂电化学还原H型电解槽中可使用两种类型的膜，一种为阴离子交换膜(如OH^-)，另一种为阳离子交换膜(如Nafion膜)。Nafion膜由于其较高的电导率(0.1S cm^-1左右)和优异的机械性能而广泛应用于CO₂电化学还原，然而其成本昂贵且工艺复杂。而阴离子交换膜作为电化学隔膜由于其廉价及较低的甲酸渗透性在近年来广受欢迎[Catalysis Today,318(2018)32-38]。

在阴离子交换膜中，分为碱性阴离子交换膜(AAEMs)和碱性凝胶电解质(AGPEs)，AGPEs集合了固体电解质和液体电解质的优点，离子电导率相对较高。然而，AGPEs的尺寸和机械稳定性较差，导致电极间物理保护不足，进一步会导致欧姆极化[ACS Appl MaterInterfaces,11(2019)6881-6889]。而AAEMs作为可以输运氢氧根离子的和防止两电极间产物交叉的隔膜，非常适用于CO₂电化学还原H型电解槽[J.CO₂ Utilization,23(2018)152-158]。然而一般用于CO₂电化学还原H型电解槽的AAEMs以聚醚酰亚胺(PEI)、聚亚芳基醚砜(PAES)、联苯聚醚酮(PPEK)等为主要聚合物骨架[Phys.Chem.Chem.Phys.,16(2014)17588-17594；Sep.Purification Technol.，94(2012)131–137]，其价格高，制备复杂，不环保,因此开发廉价、制备简单且绿色环保的碱性阴离子交换膜作为CO₂电化学还原H型电解槽隔膜更具挑战性。

CN102294183A公开了一种多季铵盐型阴离子交换膜及其制备方法，但制备成本相对较高，不环保且无法生物降解的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种BC基碱性阴离子交换膜及其制备和应用，克服现有技术制备复杂、成本昂贵且环保性差的缺陷，本发明以细菌纤维素BC膜为基体的碱性阴离子交换膜，组分包括含羟基的BC膜及含季铵基团的水溶性聚合物，所述的BC基碱性阴离子交换膜由简单浸渍法制备而成，制备方法为将含羟基的BC浸入含有季铵基团的水溶性聚合物得到含季铵基团的聚合物膜；经过化学交联，最后浸渍于KOH溶液中进行离子交换即可。

本发明的一种碱性阴离子交换膜，所述交换膜以包括细菌纤维素膜、含季铵基团的水溶性聚合物的组分，通过化学交联获得。

所述细菌纤维素膜为含羟基的细菌纤维素膜BC(采用的菌株编号为DHU-ATCC-1)。

所述细菌纤维素膜为由葡萄糖为基底培养。

进一步，所述含羟基的细菌纤维素膜BC膜是以葡萄糖、酵母浸粉、胰蛋白胨为基体利用细菌进行培养而得到的。