[发明专利]一种PVA基分子筛复合质子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种PVA基分子筛复合质子交换膜，包括两层传导层和多级孔分子筛中间层，多级孔分子筛中间层位于两层传导层中间。本发明还公开了其制备方法，具体为：首先，利用PVA和有机物制备PVA基膜膜液，采用流延法形成传导层膜；在利用多级孔分子筛、聚乙烯醇和有机物制得PVA基分子筛膜液，利用流延法形成传导层‑多级孔分子筛中间层复合膜；最后将PVA基膜膜液利用流延法形成PVA基分子筛复合质子交换膜。本发明的PVA基分子筛复合质子交换膜具有较好的质子传导性、溶胀性和热稳定性，在保证一定含水率情况下，抑制其溶胀性同时提高质子导电率。

技术领域

本发明属于质子交换膜制备技术领域，具体涉及一种PVA基分子筛复合质子交换膜，还涉及该质子交换膜的制备方法。

背景技术

微生物燃料电池(microbial fuel cell，简称MFC)利用细菌通过生物质产生生物电能，在处理废水同时兼具产电功能，在水处理和新能源开发方面具有重要的意义。微生物燃料电池中的膜材料主要用于双室MFC，以使阴极和阳极中的液体分开。膜的主要作用一是具有质子可透过性，允许阳极产生的质子扩散到阴极；二是阻止其他物质在两室之间的传递，如溶解氧等，从而提高库伦效率。同时，膜将增加电池内阻，降低产电效率。

目前MFC研究中一般采用的都是Nafion质子交换膜，此种膜具有较高的离子传导性(10^-2S/cm)，对于维持MFC电极两端pH值的平衡、电极反应的正常进行都起到重要作用。但在微生物降解过程中，质子的有限传输造成的膜两侧阳离子不平衡，使严重抑制微生物的生长，降低了微生物的电催化活性，而且成本太高及氧气扩散的限制而不利于工业化。而对于美国MI公司生产的Ultrex CMI 7000膜，价格相对比较便宜，且抗污染能力更强，机械强度也更大，其缺点是内阻较大，库伦效率较低。因此，开发价格低廉性能优良的质子交换膜是MFC顺利研究的保障。

发明内容

本发明的目的是提供一种PVA基分子筛复合质子交换膜，解决了现有质子交换膜在微生物燃料电池应用过程中产电性能差且生产成本高的问题。

本发明的另一目的是提供上述PVA基分子筛复合质子交换膜的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种PVA基分子筛复合质子交换膜，包括两层传导层和多级孔分子筛中间层，多级孔分子筛中间层位于两层传导层中间；传导层由有机物和聚乙烯醇流延而成；多级孔分子筛中间层由多级孔分子筛和聚乙烯醇流延而成。

本发明的特点还在于，

有机物为磷钨酸、富马酸或戊二醛。

多级孔分子筛为ZSM-5分子筛、H-ZSM-11分子筛、X型分子筛、4A分子筛中的任意一种或者几种。

PVA基分子筛复合质子交换膜的厚度为30～110μm。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种PVA基分子筛复合质子交换膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，PVA基膜膜液的制备；具体为：

将晶粒状聚乙烯醇溶于去离子水中，磁力搅拌一定时间，加入有机物混合均匀，静置，脱泡；

步骤2，PVA基分子筛膜液的制备；具体为：

将多级孔分子筛溶于去离子水中，进行第一次磁力搅拌，加入聚乙烯醇和有机物，进行第二次磁力搅拌，直至完全溶解，静置脱泡后，放入超声波反应器中超声均质，制得PVA基分子筛膜液；

步骤3，传导层的制备；

具体为：将经步骤1后所得的PVA基膜膜液倾倒在干燥、光滑的玻璃板上，利用流延法形成膜层，一定温度、湿度条件下风干一段时间，得到传导层；

步骤4，制备传导层-多级孔分子筛中间层两层复合膜；具体为：