[发明专利]全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液、离子交换膜及制备方法

权利要求书

1.一种全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液，其特征在于，其制备原料包括耦合磷钨酸木质素、全氟磺酸树脂和溶剂；所述耦合磷钨酸木质素和全氟磺酸树脂的质量比为（0.1~15）:100。

2.根据权利要求1所述的全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液，其特征在于，所述耦合磷钨酸木质素的制备原料包括偶联剂改性木质素和磷钨酸水溶液；所述偶联剂改性木质素和磷钨酸水溶液的质量比为1:（10~100）。

3.根据权利要求2所述的全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液，其特征在于，所述偶联剂改性木质素的制备方法为：将木质素、偶联剂加至去离子水和乙醇的混合溶液中，在20~80 ℃、搅拌反应1~24 h，离心、洗涤、干燥后得偶联剂改性木质素。

4.根据权利要求3所述的全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液，其特征在于，所述木质素和偶联剂的质量比为1:（0.1~10）。

5.根据权利要求3所述的全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液，其特征在于，所述偶联剂选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷和N-（2-氨基乙基）-3-氨基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

6.根据权利要求2所述的全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液，其特征在于，所述磷钨酸水溶液的浓度为1~20 wt%。

7.根据权利要求2所述的全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液，其特征在于，所述耦合磷钨酸木质素的制备方法为：将偶联剂改性木质素和磷钨酸水溶液混合，搅拌反应，离心，洗涤，干燥后得耦合磷钨酸木质素。

8.权利要求1-7中任一项所述的全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将全氟磺酸树脂加入和溶剂混合，混合均匀后转移到反应釜内，在180~240 ℃反应2~8 h，冷却，得PFSA溶液；所述全氟磺酸树脂和溶剂的质量比为（1~20）:100；

S2、将耦合磷钨酸木质素加入S1步骤制得的PFSA溶液中，搅拌均匀，得全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液。

9.一种聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素离子交换膜，其特征在于，含有由权利要求1-7中任一项所述的一种全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液制得的涂层。

10.一种权利要求9所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液涂布到基材的上表面并形成第一PFSA/PWA@lignin涂层；

将多孔聚四氟乙烯薄膜覆盖到第一PFSA/PWA@lignin涂层上；

在多孔聚四氟乙烯薄膜的上表面再涂布全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液并形成第二PFSA/PWA@lignin涂层；

干燥，冷却至室温，剥离基材，得聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素离子交换膜。

11.根据权利要求10所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述干燥包括两步干燥处理；第一步干燥温度为80~100 ℃，第一步干燥时间为10~60 min；第二步干燥温度为140~180 ℃，第二步干燥时间为1~3 h。

12.根据权利要求10所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述再涂布全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素涂膜液操作之前需要等待多孔聚四氟乙烯薄膜浸润1~30 min。

13.根据权利要求10所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述多孔聚四氟乙烯薄膜的孔隙大小为100~1000 nm，厚度为5~10 μm。

14.根据权利要求10所述的聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯/全氟磺酸/耦合磷钨酸木质素离子交换膜的厚度为10~40 μm。