[发明专利]一种聚苯硫醚纤维织物型碱性水电解隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯硫醚纤维织物型碱性水电解隔膜及其制备方法，属于隔膜制备技术领域。本发明通过氧化锆无机纳米颗粒对聚苯硫醚树脂进行改性，经熔融纺丝，得到氧化锆改性聚苯硫醚纤维，将该纤维进行纺纱、织造成布后，再经过水刺工艺，即可得到聚苯硫醚纤维织物型碱性水电解隔膜。本发明制得的聚苯硫醚纤维织物型碱性水电解隔膜中，氧化锆改性的聚苯硫醚纤维具有良好的柔性及力学性能，纤维中引入的无机粒子提供了优异的亲水性，水刺工艺使纤维在织物内再分布，优化了孔隙结构。因此，本发明提出的聚苯硫醚纤维织物型碱性水电解隔膜亲水性好、孔隙率高、耐热碱液的化学抗性好，且制备方法简单易行。

技术领域

本发明涉及隔膜制备技术领域，特别是涉及一种聚苯硫醚纤维织物型碱性水电解隔膜及其制备方法。

背景技术

氢能作为高效、洁净和理想的二次能源，长期受到世界各国的广泛重视，开发氢能源具有重要的战略意义。水电解隔膜是水电解制备氢能源装置的关键材料之一，其主要作用是分离电解槽两极产生的气体，并保证电解液中离子的高效顺利通过，其性能一方面对氢气和氧气的纯度有直接的影响，另一方面影响电解运行的电耗，直接决定电解过程的经济性。长期以来，水电解隔膜的主要原料一直是石棉，虽具有亲水性能好、离子易通过等性能，但其电阻较大，导致电解过程中能耗高，同时石棉隔膜的溶胀性和化学稳定性差、寿命短、以及本身具有致癌等毒性问题，使得其应用越来越受到限制。因此，开发新型高性能水电解槽隔膜材料对未来氢能源的利用及发展具有重要意义。

目前针对水电解所研发的非石棉隔膜大致有三类，一类为无机金属陶瓷隔膜(Zeng K,Zhang D.Recent progress in alkaline water electrolysis for hydrogenproduction and applications[J].Progress in Energy and Combustion Science,2010,36(3):307-326.)，其中主要由在镍网上沉积烧结成的多孔氧化镍隔膜、氧化钛与氧化镍的混合金属陶瓷隔膜以及钛酸钾纤维隔膜制备而成，该类隔膜电阻低，设备能耗低，但是其制膜工艺复杂，烧结的陶瓷易碎，而且无机纤维在强烈气泡析出的环境下更容易脱落，使内部金属网直接暴露在电场中，从而影响隔膜性能的持续稳定运行和气体纯度的下降。另一类为有机高分子隔膜(CN112159989A-碱性水电解用隔膜及其制造方法；CN107574525B-一种水电解槽用混纺隔膜布；CN109554724A-一种水电解隔膜及其制造方法；CN101195944A-无石棉环保节能型隔膜布及其织造方法)，主要是聚四氟乙烯(PTFE)、聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)等材料，它们的化学性能稳定，且可耐高温浓碱的苛刻水电解条件。但这些材料疏水性强，需要通过接枝、氧化、磺化等处理形成亲水表面，以使碱液对材料有足够的浸润性，但是通过表面改性后形成的亲水基团多难以长期耐受高温碱性电解环境，在使用过程中隔膜性能明显下降，隔膜的使用寿命较短。第三类为无机有机复合隔膜(W.Doyen,R.Leysen,W.Adriansens,Preparation of ion-permeable web-reinforcedseparator membrane.WO:2006015462,2006-02-16.)，即采用单侧浸没沉积法在有机膜表面复合氧化钛、氧化锆等无机物而获得的非对称结构膜，这类膜兼具有无机和有机两类材料的优点，但受到成膜方法的限制，该类膜在长期运行下也会导致无机沉积层的脱落，从而导致性能下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚苯硫醚纤维织物型碱性水电解隔膜及其制备方法，以解决高温碱性电解环境耐性差、隔膜使用寿命短等问题。本发明制备的聚苯硫醚纤维织物型碱性水电解隔膜，亲水性好、力学性能优异，同时化学稳定性高、寿命长、环境友好、离子传导高效，且其制备方法与现有方法相比具有简单易行，易于规模化生产的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种氧化锆改性的聚苯硫醚纤维，所述氧化锆改性的聚苯硫醚纤维中掺杂有氧化锆无机纳米颗粒。