[发明专利]一种超高电流密度条件下运行的离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种离子交换膜，所述离子交换膜是由全氟磺酸离子交换树脂和牺牲短纤维熔融共混后挤出流延制成单膜，再经功能化转型处理和超临界流体处理，单膜的两侧面还喷涂有亲水氧化锆涂层；所述牺牲短纤维选自聚酯纤维、纤维素纤维或聚酰胺纤维，所述牺牲短纤维在离子交换膜功能化转型的过程中被转型碱液溶除，使膜体内具有交错相连的细微通道；该离子交换膜膜体内部具有结晶相、无定形相和离子簇相三相分离的连续化交联一体结构。

2.如权利要求1所述的超高电流密度条件下运行的离子交换膜，其特征在于，所述全氟磺酸离子交换树脂的离子交换容量为0.8-1.4mmol/g。

3.如权利要求1所述的超高电流密度条件下运行的离子交换膜，其特征在于，所述牺牲短纤维的直径为1-15μm，长度为5-50mm。

4.如权利要求1所述的超高电流密度条件下运行的离子交换膜，其特征在于，所述牺牲短纤维与全氟磺酸离子交换树脂的质量为5-20：100。

5.如权利要求1所述的超高电流密度条件下运行的离子交换膜，其特征在于，所述所述全氟磺酸离子交换树脂和牺牲短纤维熔融共混后挤出流延制成的单膜厚度为40-200微米，进一步优选的厚度为60-120微米。

6.如权利要求1所述的超高电流密度条件下运行的离子交换膜，其特征在于，所述离子交换膜膜体内部的离子簇相具有3-5nm的团簇尺寸。

7.一种超高电流密度条件下运行的离子交换膜的制备方法，步骤如下：

（1）将全氟磺酸离子交换树脂和牺牲短纤维预混合后，通过双螺杆挤出机共混造粒，造粒温度为220-280℃；

（2）将共混粒料通过单螺杆挤出机熔融流延成单膜；

（3）上述单膜在90℃的25wt%KOH水溶液中水解10-15小时进行功能化转型处理，同时将膜体内部的牺牲短纤维溶除；在膜体内形成交错相连的细微通道；

（4）转型后的膜经60-80℃条件下干燥8-15min，采用超临界流体于30MPa、80-130℃条件下处理20-60min后，冷却至常温；

（5）最后，在膜的两侧面喷涂亲水氧化锆涂层，即得。

8.如权利要求7所述的超高电流密度条件下运行的离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述超临界流体选自二氧化碳，氨，乙烯，丙烷，丙烯或水；进一步优选所述超临界流体为二氧化碳。

9.如权利要求7所述的超高电流密度条件下运行的离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述牺牲短纤维选自聚酯纤维、纤维素纤维或聚酰胺纤维；所述牺牲短纤维的直径为1-15μm，长度为5-50mm。

10.如权利要求7所述的超高电流密度条件下运行的离子交换膜的制备方法，其特征在于，所述亲水氧化锆涂层厚度为1-5微米。