[发明专利]具有粗糙涂层的全氟羧酸离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明属于离子交换膜技术领域，具体涉及一种具有粗糙涂层的全氟羧酸离子交换膜及其制备方法。本发明所述的具有粗糙涂层的全氟羧酸离子交换膜，由全氟羧酸聚合物层和功能表面涂层组成，其中功能表面涂层位于全氟羧酸聚合物层的上下表面；所述全氟羧酸聚合物层的厚度为50‑250μm，功能表面涂层的厚度为10nm‑30μm；所述功能表面涂层是由全氟离子聚合物与金属氧化物的混合物构成的多孔粗糙结构。本发明的具有粗糙涂层的全氟羧酸离子交换膜，在新型高电流密度条件下的零极距电解槽中，能有效降低槽电压，减少电解能耗，降低生产成本；本发明还提供其制备方法。

技术领域

本发明属于离子交换膜技术领域，具体涉及一种具有粗糙涂层的全氟羧酸离子交换膜及其制备方法。

背景技术

由于离子交换膜具有优异的选择透过性，其已被广泛的运用于电解氧化和还原操作中。全氟离子交换膜在食盐电解工业上的应用，引起了氯碱工业的革命性变化。此外其在氯化钾电解制造碳酸钾、氯化钠电解制造碳酸钠、氯化钠电解制备亚硫酸钠、硫酸钠电解制烧碱和硫酸等领域均具有广泛应用。离子交换膜被誉为电解的“芯片”，因此开发更低电耗，更耐用的离子交换膜一直是大家努力的方向。通过在膜中加入增强网可以有效提高膜的机械强度，提高膜的耐用性；通过降低阳极与阴极之间的槽间距可有效降低槽电压。但当电极间的距离减少到一定距离时，由于膜紧贴在电极上，电解过程中产生的气泡极易粘附在膜表面难以释放。大量气泡聚集在膜表面阻碍了电流通道，使膜的有效电解面积减小，局部极化作用明显增加，反而使槽压升高。

CN103031566B中公开了一种含非连续纳米孔道的纤维增强全氟离子交换膜及其制备方法。该膜由全氟磺酸离子交换树脂层和全氟羧酸离子交换树脂层组成基膜，有增强纤维网布置入全氟磺酸树脂层，基膜两外侧表面喷涂有气体释放涂层；其特征在于全氟磺酸树脂层内还含有非连续的纳米孔道。该膜通过熔融共挤出或多层热压复合的工艺制备。该膜用于氯碱工业的离子交换膜，具有较好的机械性能和电化学性能。

CN103556179B中公开了一种碳纳米管改性的高电流密度全氟离子交换膜及其制备方法。该膜是由含碳纳米管的全氟磺酸离子交换树脂层和全氟羧酸离子交换树脂层组成基膜，增强网布置入该基膜表面或内部，在基膜两侧表面涂覆有3-12微米的气体释放涂层；其中，所述全氟磺酸树脂层中含0.1-10wt％的碳纳米管，全氟磺酸树脂层厚度为80-150微米，全氟羧酸树脂层厚度为8-15微米。该膜可以通过熔融共挤出或多层热压复合的工艺制备。该膜可以用于氯碱工业的离子交换膜，尤其适用于超高电流密度电解工艺，具有较好的机械性能和电化学性能。

上述专利通过在基膜中增加纳米管道或者在基膜中加入碳纳米管，是离子交换膜具有较好的机械性能和电化学性能，并通过在基膜两侧表面涂覆气体释放涂层增加气体的释放能力。但是气体释放层的粗糙度较小，疏气泡性能较差，不能有效降低槽电压，减少电解能耗。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有粗糙涂层的全氟羧酸离子交换膜，具有较小的离子通道，在电解氯化钠过程中能有效的阻止阴极的氢氧根反向迁移，提高电解电流效率，在新型高电流密度条件下的零极距电解槽中，能有效降低槽电压，减少电解能耗，降低生产成本；本发明还提供其制备方法。

本发明所述的具有粗糙涂层的全氟羧酸离子交换膜，由全氟羧酸聚合物层和功能表面涂层组成，其中功能表面涂层位于全氟羧酸聚合物层的上下表面；

所述全氟羧酸聚合物层的厚度为50-250μm，功能表面涂层的厚度为10nm-30μm；

所述功能表面涂层是由全氟离子聚合物与金属氧化物的混合物构成的多孔粗糙结构。

优选地，全氟羧酸聚合物层的厚度为70-200μm，功能表面涂层的厚度为1-10μm。

全氟羧酸聚合物层的全氟羧酸树脂交换容量(IEC)为0.6-1.5mmol/g，优选为0.8-1.2mmol/g。