[发明专利]一种聚乙烯醇-细菌纤维素三明治结构式碱性阴离子交换膜、制备与应用

说明书

本发明公开了一种聚乙烯醇‑细菌纤维素三明治结构式碱性阴离子交换膜、制备与其在电化学能源器件中的应用。所述碱性阴离子交换膜包括含羟基的聚乙烯醇，细菌纤维素膜及含季铵基团的水溶性聚合物。制备方法为：将含羟基的聚乙烯醇溶于去离子水中得到溶液A；将含有季铵基团的水溶性聚合物溶液加入溶液A中，得到溶液B；将溶液B在塑料培养皿中等量浇注在细菌纤维素膜两侧，自然干燥成膜，得到聚乙烯醇‑细菌纤维素三明治结构式聚合物复合膜；将聚合物复合膜从培养皿取出，经过物理和化学交联处理，再浸于KOH溶液中即可。本发明提供的PVA‑BC三明治结构式碱性阴离子交换复合膜导电性好，工艺简单，绿色环保，成本低廉且易于电化学应用。

技术领域

本发明涉及一种CO₂电催化转化及锌-空气电池的碱性阴离子交换膜的制备与应用，特别涉及一种聚乙烯醇/细菌纤维素(PVA-BC)三明治结构式碱性阴离子交换复合膜、制备与应用。

背景技术

由于近年来工业化进程加快，以化石燃料为首的能源资源急剧减少并由此产生了大量CO₂，从而造成了种种环境危机(如全球变暖、海洋酸化和荒漠化等问题)和能源危机(不可再生资源的减少)[Journal of Applied Electr℃hemistry,35(2005)955-965，International Journal of Artificial Organs,42(2019)386-474]。为了解决环境危机，减少CO₂的排放，人们致力于通过开发新能源(如太阳能、风能等)取代化石燃料。然而目前可再生新能源占比仍较低，化石燃料依旧是目前消耗的主要能源，因此寻求新方法减少CO₂成为目前主要研究的方向。其中电化学还原技术由于“变废为宝”——在减少CO₂的同时生成高附加值的化学品的优点而受到人们的青睐。然而一般应用在CO₂电化学还原H槽的隔膜分为两种，其中应用广泛的阳离子交换膜(Nafion)受限于成本高、甲酸透过率高等缺点，而阴离子交换膜(AEM)能够提高甲酸选择性及法拉第效率[Electr℃himica Acta,48(2003)2651-2657，Science Bulletin,64(2019)1890-1895]。另一方面为了减缓能源危机，先进电化学能源转换与存储装置——如锌-空气电池(Zinc-air Battery，ZAB)等能源器件成为一大研究热点[Journal of Membrane Science,564(2018)298-307]。尤其近年来锌-空气电池(ZAB)由于Zn含量丰富、高能量密度等优点而广受欢迎[Ionics,24(2018)1173-1180]。在锌-空气电池中，为了实现微小型、便携式及简易化，固态电解质成为发展方向，其简化了电池组装的同时在电池内部起传导离子和防止短路的作用。固态电解质尤其是AEM由于全固态、高机械性能及优异的稳定性能等成为近年来应用于柔性锌-空气电池(Flexible Zinc-air Battery)的热点。然而，目前人们更多注重其空气电极催化剂的材料及构成，对于核心部件电解质膜研究却不多见[Journal of Membrane Science,499(2016)526-537]。对于电化学储能，离子交换膜在CO₂电化学还原和锌-空气电池中的作用不容置疑。

发明内容

本发明所要解决的问题是：现有碱性阴离子交换膜制备复杂成本昂贵的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚乙烯醇-细菌纤维素三明治结构式碱性阴离子交换膜，其特征在于，包括含羟基的聚乙烯醇(PVA)，细菌纤维素膜(BC)及含季铵基团的水溶性聚合物。

优选地，所述细菌纤维素膜含有羟基，采用的菌株编号为DHU-ATCC-1，其以葡萄糖、酵母浸粉、胰蛋白胨为基体利用微生物进行培养而得到的。