[发明专利]具有粗糙涂层的增强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增强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增强全氟羧酸离子交换膜，由全氟羧酸聚合物层、多孔增强材料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，多孔增强材料包层埋在全氟羧酸聚合物层中；功能表面涂层是由全氟离子聚合物和金属氧化物构成的多孔粗糙结构。本发明的具有粗糙涂层的增强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，适用于电解氯化钠、氯化钾领域；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增强全氟羧酸离子交换膜及其制备方法。

背景技术

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。目前商业化的氯碱工业用全氟离子交换膜(氯碱离子膜)均为全氟羧酸－全氟磺酸复合膜，即膜的阳极侧为全氟磺酸层、阴极侧为全氟羧酸层。磺酸层具有较高的离子透过能力，并且在碱浓度为20％～30％内有较低的槽电压，因而可以显著地节省电耗；而羧酸层可以阻拦OH-离子向阳极的渗透迁移，保证较高的电流效率。

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。

CN103014758B中公开了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。该膜是依次由高交换容量的全氟磺酸树脂膜、厚度为1-30微米的低分子量的全氟热熔粘合剂高弹膜和低交换容量的全氟羧酸树脂膜组成三层结构的复合膜。该复合膜可采用纤维网或微孔膜增强形成增强型离子交换膜。本发明还提供所述离子交换膜的制备方法。本发明解决了高交换容量磺酸膜和低交换容量羧酸膜在高电流密度条件下由于离子通量差异大而导致的剥离和形变问题，在高达6-20KA/m²的运行条件下具有优异的电解性能。

CN104388978A中公开了一种含微纳孔隙的氯碱离子膜的制备方法。该方法包括：以一价碱金属氯盐MCl的超细粉体为牺牲芯材添加到全氟磺酸树脂粉料中，充分混合后通过熔融挤出得到的含MCl的全氟磺酸树脂母粒，再与全氟羧酸树脂，通过熔融共挤或多层热压复合的工艺制成全氟离子交换树脂基膜；将增强网布置入制得的含氟离子交换树脂基膜表面或内部形成增强离子膜，进行水解转型；对转型后的离子膜进行双面喷涂形成气体释放涂层；再在氢氧化钠水溶液中静置老化，即得。该膜可以用于氯碱工业的离子交换膜，尤其适用于6～8kA/m²超高电流密度氯碱电解工艺，具有较好的机械性能和电化学性能。

上述专利中还存在以下问题：含氟材料表面能较低，在水下对于一些尺寸较小的气泡很容易粘附，而气体释放涂层的粗糙度较小，疏气泡性能有限，不能有效降低槽电压，减少电解能耗。因此，开发一种具有粗糙涂层的增强全氟羧酸离子交换膜，对降低电极表面过电位，提升材料表面驱赶气泡附着性能，提高电解效率，具有重要意义。

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增强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，适用于电解氯化钠、氯化钾领域；本发明还提供其制备方法。

本发明所述的具有粗糙涂层的增强全氟羧酸离子交换膜，由全氟羧酸聚合物层、多孔增强材料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，多孔增强材料包层埋在全氟羧酸聚合物层中；

所述全氟羧酸聚合物层的厚度为50-250μm，多孔增强材料层的厚度为40-200μm，功能表面涂层的厚度为0.01-30μm；

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。