[发明专利]双极膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于固体电解质材料领域，具体的说，涉及一种双极膜的制备方法。

背景技术

双极膜（BPM）通常是由阴离子交换层、阳离子交换层复合而成，是真正意义上的反应膜。在直流电场作用下，双极膜可以将其中间层中的水解离，在阳膜和阴膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。近年来，BPM技术及其应用取得了迅速的发展，在有机酸、碱的制备和回收、环境治理方面均有广泛的应用。如何促进双极膜中间界面层水解离，提高水解离效率，从而降低双极膜电阻压降和槽电压已经成为当前双极膜研究的热点。

作为双极膜研究比较热门的电解质基底材料—固体聚合物电解质（SPE），又称离子导体聚合物，是由高分子主体物和金属盐两部分复合而成，是近几年迅速发展起来的一种新型固体电解质材料。自70年代首次发现聚氧乙烯（PEO）与碱金属盐络合物具有离子导电性，1979年研究并得出了PEO的碱金属盐络合物在40-60℃时离子传导率达10^-5S/cm后，人们致力于提高聚合物电解质性能的研究，并将其广泛应用于空间技术、电子、光电学、传感器等方面。

而目前研究得最为广泛的聚合物电解质基底材料主要有PMMA，PAN,PVdF和PEO，但机械性能和电化学性能很难达到实用的要求，膜阻抗大、水解离效率低、离子渗透性能差。

现有技术的缺点：双极膜阻抗大、离子传输效率小、水解离效率低。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种膜阻抗小、离子传输效率高、水解离效率高的双极膜的制备方法。

海藻酸钠（SA）具有优良的生物降解性，是一种环境友好高分子材料。实验室对海藻酸钠进行改性后作为双极膜阳膜层材料，实验表明，改性后海藻酸钠膜具有良好的机械性能和电化学性能。

2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）是丙烯酰胺烷基磺酸衍生物，其结构式如图1所示，分子中的强阴离子性、水溶性的磺酸基团使其具有导电性和亲水性，同时赋予了其聚合物的导电性好、亲水性高的特性。本发明用水溶液聚合法合成了聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂）（PAMPSLi），与SA共混后采用流延法制备了PAMPSLi-mSA/mCS双极膜。2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）结构式如下所示：

而本发明目的是这样实现的：一种双极膜的制备方法，其关键在于包括以下步骤：

（1）PAMPSLi膜液的制备：将海藻酸钠溶液（SA）与聚乙烯醇（PVA）共混制得PVA-SA溶胶，将PAMPSLi加入到所述PVA-SA溶胶中，搅拌均匀，减压脱泡，得到粘稠的PAMPSLi膜液，其中加入的所述海藻酸钠、聚乙烯醇和PAMPSLi的物质的量之比为1:1:1；

（2）PAMPSLi-SA膜的制备：将所述PAMPSLi膜液流延于平整的培养皿中，在室温下风干成膜，然后将所述风干的膜于氯化铁溶液中浸泡交联30min，再用蒸馏水冲洗干净，自然风干，得到PAMPSLi-SA膜；

（3）PAMPSLi-SA/mCS双极膜的制备：向壳聚糖乙酸水溶液中边搅拌边缓慢滴加戊二醛溶液，同时减压脱泡，直至出现粘稠液为止，并将该粘稠液流延于所述PAMPSLi-SA膜上，在室温下风干，制得PAMPSLi-SA/mCS双极膜。

上述PAMPSLi的质量分数为2%-4%。

上述海藻酸钠溶液的质量分数为3%；所述聚乙烯醇的质量分数为6%；所述氯化铁溶液的质量分数为8.0%；所述壳聚糖乙酸水溶液的质量分数为3%；所述戊二醛溶液的体积分数为0.25%。

上述质量分数为3%的壳聚糖乙酸溶液为壳聚糖（CS）溶解于质量分数为2%的乙酸水溶液配制得到。

有益效果：

本发明一种双极膜的制备方法，操作简单方便，制备得到的双极膜具有膜阻抗小、工作电压低、工作电流密度大、水解离效率高、离子渗透率高等特点。

附图说明

图1为PAMPSLi-SA/mCS双极膜的截面形貌图；

图2为双极膜在酸溶液中溶胀度的曲线图；

图3为不同膜的H⁺渗透性能的曲线图；

图4为双极膜的电流-电压曲线图。

具体实施方式

实施例：

一、双极膜的制备：