[发明专利]纳米纤维增强的含氟离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种纳米纤维增强的含氟离子交换膜，其特征在于：由含氟离子交换膜基底层、纳米纤维层和含氟离子交换膜涂层组成；且纳米纤维层和含氟离子交换膜涂层均至少为一层；

所述的纳米纤维增强的含氟离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

1)含氟离子交换膜基底层的制备

采用流延法或熔融挤出法制备，所用树脂结构为：

其中，n＝0或1；p＝2～5；x＝1.5～14；M＝-SO₃H、-COOH、-SO₂H或-PO₃H₂中的一种；

2)纳米纤维层的制备

采用溶液静电纺丝工艺制备；

3)纳米纤维增强的含氟离子交换膜的制备

将含氟离子交换树脂溶液通过浇注或丝网印刷等方式在纳米纤维层上制备成一定厚度的湿膜，湿膜在50-200℃下干燥得10-100μm的膜；

纳米纤维层为碳材料层，包括碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯或磺化石墨烯中的一种；

步骤2)中，溶液静电纺丝工艺具体实施步骤为：

A：静电纺丝溶液的配制

将含氟聚合物加入到碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯或磺化石墨烯中的一种的溶剂中，搅拌至含氟聚合物完全溶解，静置8-12h，得到质量分数为10-20％的含氟聚合物；

B：静电纺丝的制成

将制备好的静电纺丝溶液在10-30KV电压、0.05-5mm/min推进速度，5-25cm接收距离条件下，于接丝装置中进行静电纺丝，然后至于40-80℃烘干。

2.根据权利要求1所述的纳米纤维增强的含氟离子交换膜，其特征在于：纳米纤维层位于含氟离子交换膜基底层的一侧或两侧，含氟离子交换膜涂层位于纳米纤维层之上。

3.根据权利要求2所述的纳米纤维增强的含氟离子交换膜，其特征在于：纳米纤维直径为0.02-10μm，纳米纤维层厚度为2-20μm；含氟离子交换膜涂层厚度为10-30μm；含氟离子交换膜基底层厚度为4-30μm。

4.根据权利要求1所述的纳米纤维增强的含氟离子交换膜，其特征在于：含氟离子交换膜基底层中具有离子交换功能的基团是磺酸基团、羧酸基团、亚磺酸基团、膦酸基团或季铵基团中的一种或几种；含氟离子交换膜涂层中具有离子交换功能的基团是磺酸基团、羧酸基团、亚磺酸基团、膦酸基团或季铵基团中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的纳米纤维增强的含氟离子交换膜，其特征在于：步骤A中，含氟聚合物为聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚六氟丙烯、聚四氟乙烯、三氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚三氟乙烯、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚氟乙烯、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、三氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-三氟乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-三氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物或全氟磺酸树脂中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的纳米纤维增强的含氟离子交换膜，其特征在于：步骤A中，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、丁酮、1～5个碳链的醇、1-5个碳链醇的水溶液、甲酸或乙酸中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的纳米纤维增强的含氟离子交换膜，其特征在于：步骤A中，溶剂在35-55℃下，搅拌4-8h至含氟聚合物完全溶解。