[发明专利]质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种质子交换膜，其特征在于，包括质子交换膜基体和分布于膜基体中的磺化二氧化硅-碳纳米管复合材料，所述复合材料包括磺化二氧化硅和碳纳米管，所述复合材料中碳纳米管为载体，所述碳纳米管外周表面包覆有磺化二氧化硅层。

2.如权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述碳纳米管与磺化二氧化硅的质量比为1:520-1:8.7，优选为1:480-1:100；

磺化二氧化硅-碳纳米管复合材料为质子交换膜基体质量的1-30wt%。

3.如权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述质子交换膜基体为全氟磺酸树脂；

所述碳纳米管为多壁碳纳米管；所述多壁碳纳米管的直径为2-20nm，长度为1-250μm；所述碳纳米管表面接枝有羧基和羟基。

4.如权利要求1-3任意一项所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括：

（1）将碳纳米管加入水溶液中，制备得到混合均匀的悬浮液，然后调节悬浮液的pH值至10-14；

（2）将硅酸乙酯溶液加入到悬浮液中，进行反应，使硅酸乙酯水解并附着于碳纳米管表面，待反应完成后，加入过量浓硫酸继续进行磺化反应，经洗涤，得到磺化二氧化硅-碳纳米管复合材料；

（3）将所述磺化二氧化硅-碳纳米管复合材料加入全氟磺酸树脂分散液中，分散均匀得到混合液，将混合液制备成质子交换膜。

5.如权利要求4所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管与硅酸乙酯的质量比为1:150-1:2.5，优选为1:140-1:50。

6.如权利要求4所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，在制备得到混合均匀的悬浮液前还包括向水溶液中加入表面活性剂；所述表面活性剂的加入量为水质量的5-20wt%；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、pluronic P123中的一种或两种以上。

7.如权利要求4所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，通过湿磨制备得到混合均匀的悬浮液；所述湿磨的时间为2-24h；

步骤（1）中，在调节悬浮液的pH值后还包括对悬浮液进行预热。

8.如权利要求4所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述硅酸乙酯溶液的溶剂为乙醇；

所述磺化反应的时间为12-36h。

9.如权利要求4所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碳纳米管为经过预处理的碳纳米管；所述预处理包括：将碳纳米管分散于浓硫酸与浓硝酸的混合液中，然后升温至100-120℃下搅拌反应5-6h。

10.如权利要求4所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，采用铸膜法或刮涂法制备质子交换膜；

所述全氟磺酸树脂分散液采用N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的至少一种作为溶剂。