[发明专利]一种污染后的全氟磺酸质子膜的清洗方法

说明书

本发明公开了一种污染后的全氟磺酸质子膜的清洗方法，该方法包括：一、将酸和水混合均匀后配制成清洗剂；二、将污染后的全氟磺酸质子膜完全浸没于配制得到的清洗剂中浸泡，然后取出后用蒸馏水冲洗至中性；三、将经冲洗后的全氟磺酸质子膜在室温下自然风干，得到清洗后的全氟磺酸质子膜。该方法采用含酸的清洗剂对污染后的全氟磺酸质子膜进行浸泡，不仅有效溶解了全氟磺酸质子膜表面和内部的污染物，并且清洗剂中的H⁺有助于全氟磺酸质子膜中亲水磺酸基团的恢复，增大了全氟磺酸质子膜的膜内质子迁移通道，提高了膜的电导率，从而使全氟磺酸质子膜得到再生和利用，有效的降低了PEMFC的成本，减少了膜废品的处理问题。

技术领域

本发明属于环境污染与治理技术领域，具体涉及一种污染后的全氟磺酸质子膜的清洗方法。

背景技术

在质子膜交换燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC) 中，质子交换膜起着传导质子、用作电极反应介质和催化剂载体、隔离阴极和阳极反应物的作用，是整个电池的心脏。由于全氟磺酸树脂分子的碳 -氟键键长短、键能高、可极化度小,使分子具有优良的热稳定性、化学稳定性等优点，且分子支链上的亲水性磺酸基团能够吸附水分子，具有优良的离子传导特性。因此，全氟磺酸膜成为现代PEMFC最主要的也是唯一商业化的膜材料，得到了广泛的应用。但是在实际应用中，系统长时间运行膜表面将形成生物膜，导致膜污染，整个系统产电性能发生恶化。一方面质子交换膜中带负电荷的磺酸盐基团的结合位点相比于质子更容易被其他阳离子替代，另外磺酸基和有机污染物可能与水中离子形成分子架桥，导致微生物粘附和生物膜形成的加剧。膜污染将阻碍质子在质子交换膜中传导，导致微生物燃料电池电流降低、内阻增大、系统性能恶化。现阶段对全氟磺酸质子膜的利用几乎都是一次性的，没有较为经济高效的二次利用方法，目前为止，尚未发现有关清洗污染后全氟磺酸质子膜的相关报道。因此，改善其使用性能，对其进行清洗再生二次利用，降低成本，延长使用寿命具有非常重要的意义。

对于全氟磺酸质子膜来说，质子电导率是衡量全氟磺酸质子膜的关键性能。全氟磺酸质子膜的质子电导率越高，燃料电池的产电性能越好。因此，提高污染后的全氟磺酸质子膜的电导率是本发明的重点。在讨论全氟磺酸质子交换膜电导率的时候，一般来说就是讨论质子交换膜内的亲水离子簇对于电导率的影响，较高的质子浓度、含水率和较大的离子通道都有利于提高膜的电导率。随着离子交换容量(IEC)值的增大，全氟磺酸质子膜内亲水磺酸基团数目增多，亲水的离子簇和离子通道体积增大，从而使得溶胀率和含水率增加，全氟磺酸质子膜的电导率提高。但是，膜的IEC、吸水率和溶胀率越大，机械强度和选择透过性就越低。因此，膜的IEC、吸水率和溶胀率不能太高也不能太低，一般而言，IEC控制在0.9mmol/g～ 1.25mmol/g左右，吸水率保持在15％～25％之间，从而使膜在干湿转换中尺寸变化较小，保证电池性能的稳定。在清洗全氟磺酸质子膜时必然发生溶涨，变化幅度高达10％～20％，导致膜的尺寸稳定性将变差。因此，膜的溶胀率变化需控制在10％以内。同时，为了保证在高的电流密度下，降低电池内阻，一般电导率要达到100mS/m数量级，并且其值越高越好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种污染后的全氟磺酸质子膜的清洗方法。该方法采用含酸的清洗剂对污染后的全氟磺酸质子膜进行浸泡，不仅有效溶解了全氟磺酸质子膜表面和内部的污染物，并且清洗剂中的H⁺有助于全氟磺酸质子膜中亲水磺酸基团的恢复，增大了全氟磺酸质子膜的膜内质子迁移通道，提高了膜的电导率，从而使全氟磺酸质子膜得到再生和利用，有效的降低了PEMFC的成本，减少了膜废品的处理问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种污染后的全氟磺酸质子膜的清洗方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：