[发明专利]基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法

摘要

本发明公开了一种基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，将制备的磺化无机物加入到有机溶剂中并超声分散，再加入磺化有机聚合物配制成均质铸膜液；将铸膜液倾倒于自制模具中流涎成膜，再将磨具置于真空干燥箱中加热使溶剂挥发至形成固态膜；将固态膜在高温条件下浸泡于硫酸溶液中，最后用去离子水冲洗干净即得到磺化有机物掺杂磺化无机物杂化改性复合质子交换膜。本发明采用溶剂挥发法一步制备得到高性能复合质子交换膜，制膜工艺简单；磺化有机聚合物和磺化无机物共混制膜方法提高了复合质子交换膜的质子传导能力、物理化学稳定性、抗污染性及使用寿命，有利于促进微生物电化学技术的规模化应用。

主权项

1.基于微生物电化学技术的磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备高性能质子交换膜的方法，其特征在于具体过程为：步骤S1，铸膜液的制备：将磺化无机物加入到质量分数为90％‑95％的有机溶剂中并超声分散，再加入质量分数为5％‑10％的磺化有机聚合物并于40‑60℃搅拌12‑24h，静置脱泡12‑24h得到均质铸膜液，其中磺化无机物为磺化二氧化钛、磺化二氧化硅、磺化氧化石墨烯或磺化氧化锆中的一种或多种，磺化有机聚合物为磺化聚苯乙烯、磺化聚芳醚砜、磺化聚芳醚酮、磺化聚酰亚胺、磺化聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、磺化聚(苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯)或磺化改性聚偏氟乙烯中的一种或多种，磺化有机聚合物采用硫酸直接磺化法制备，磺化度为30％‑60％；步骤S2，复合质子交换膜的制备：将步骤S1得到的均质铸膜液倾倒于模具中流延成膜，再将模具置于真空干燥箱中于60℃、80℃、100℃各加热2h，最后在120℃条件下加热至液态膜变为固态膜；步骤S3，复合质子交换膜的后处理：将步骤S2得到的固态膜在1mol/L的硫酸溶液中于80℃热处理2‑6h，再用去离子水冲洗干净，晾干保存即得到磺化有机聚合物掺杂磺化无机物制备的高性能质子交换膜，其中磺化无机物的引入能够实现同步提高复合质子交换膜质子传导率和抗污染能力的双重目的，使得复合质子交换膜能够满足微生物电化学技术对质子交换膜所需高质子传导率和高抗污染能力的要求，制得的复合质子交换膜具有较高的含水率和质子传导率以及较低的溶胀率和亲水接触角，其含水率不低于28％，质子传导率为0.068‑0.102S/cm，溶胀率不大于10.9％，亲水接触角低于70.2°。