一种聚砜-ZrO2复合膜材料、制备方法及应用

一种聚砜-zro2复合膜材料、制备方法及应用
技术领域
1.本发明涉及一种聚砜-zro2复合膜材料、制备方法及应用，属于碱性电解水隔膜材料领域。

背景技术：

2.开发清洁高效的可再生能源是未来能源转型的必然趋势。氢能作为一种绿无污染的能源载体，可通过电解水技术实现氢能与电能的高效转化。其中碱性电解水(awe)是公认的成熟、可靠的电解水系统。因为在碱性介质中，其可以采用铁、镍等非贵金属作为电极材料，克服质子交换膜电解水(pemwe)制氢使用贵金属催化剂带来的设备昂贵、资源受限问题，并且避免使用昂贵的钛基组件(international journal of energy research,2020,44(3):1875-1885)。然而碱性电解槽的电解效率较低，作为碱性电解水(awe)的关键材料，开发良好稳定，性能优异的隔离膜尤为重要。
3.最近，有研究发现采用阴离子交换膜(aems)的碱性电解槽能够达到超过2a/cm2的高电流密度(journal of membrane science.2019,581,139-149)，具有与pemwe相当的高电解效率(journal of the electrochemical society.2017,164,f1187-f1195)，但是在性能测试时，空气中co2的污染和聚合物的降解仍然是aems的主要问题(journal of membrane science.2014,464,61-71)。同样，用于碱性水电解的离子溶剂化膜，虽然具有优异的气体阻隔性能，但其氢氧根传导率严重依赖高浓度碱性电解液，并且在高温下，耐碱稳定性也仍待提高。因此，大多数商业碱性水电解槽在循环电解液时仍然使用具备良好耐碱性的多孔隔膜。多孔隔膜是一种隔离材料，它仅依靠电解液来建立贯穿多孔结构的渗透通路。以前商用awes多采用石棉和聚苯硫醚(pps)作为分离隔膜。石棉由于其致癌性质和在高温下不稳定而不再被采用，pps织物的泡点压力在0.02bar以下，不适合用于加压awe。因此进而出现了一类复合材料隔膜，其隔膜基质是由稳定的惰性聚合物制成，通常由亲水无机材料来填充支撑。聚氨基酸因其较高的耐碱性而首次被开发用于碱性水电解槽。钛酸钾、二氧化钛、烧结镍板和氧化锆作为分离材料在电化学体系中表现出良好的稳定性(polymers.2020,12,2821)。目前先进的商业化复合隔膜zirfon perl是由85wt％的zro2纳米颗粒和15wt％的聚砜(psf)组成，在80℃、30wt％的koh溶液中非常稳定。然而，由于聚砜和亲水性氧化锆颗粒表面相容性差，使有机聚合物-无机填料相互作用较弱，从而导致膜脆性大、机械性能差。p.a.jacobs研究发现无机填料的表面特性在很大程度上影响复合膜的性能(the journal of physical chemistry b.2006,110,7425-7430)。zhang等人通过使用表面活性剂来制备功能化的的tio2亚微球，so3h基团加强了无机填料与聚合物基体之间的相互作用，改善了界面的相容性，但其功能化过程繁琐(electrochimica acta 2015,177,128-136)。af ismail采用含nh2官能团的硅烷偶联剂(aapts)对合成的tio2纳米颗粒表面进行修饰以改善其在聚砜中的分布，从而制备新型的纳米超滤复合膜(nanotechnology 2016,27,415706)。lee等报道了一种二氧化锆/聚砜的多孔复合隔膜，通过控制凝固浴温度、聚乙烯吡咯烷酮含量及隔膜厚度等制备因素，能够有效调控二氧化锆/聚砜多孔膜的形
貌结构及电化学性能(journal of membrane science,2020,616:118541)。cho等人利用纤维素钠米晶体作为有机共混物，所制备的聚砜-zro2复合膜具有良好的机械性能及优异的亲水性(chemical engineering journal,2022,428:131149)。但是聚砜与zro2界面处的相容性问题仍未得到较好的解决。因此开发一种简单高效、具有高相容性、高稳定性、低欧姆内阻及高阻气性的多孔隔膜对awe的商业化应用具有重要意义。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种聚砜-zro2复合膜材料、制备方法及应用。所述聚砜-zro2复合膜材料具有高相容性，优异机械性能，高阻气性及较高氢氧根传导率。所述的应用是在碱性电解水装置的应用。
5.本发明中，所述的聚砜-zro2复合膜材料为复合多孔隔膜。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
7.本发明提出了一种聚砜-zro2复合膜材料的制备方法，所述方法为一种添加有机硅氧烷类偶联剂来制备聚砜-zro2复合膜材料的方法。偶联剂的硅氧烷基团修饰zro2表面，有机部分与聚砜键合，在聚砜和zro2这两种有机-无机组分之间形成-si-o-zr键来提高界面相容性，从而提升复合膜材料的机械性能，同时不牺牲亲水性。
8.一种聚砜-zro2复合膜材料，所述复合膜材料由包含
①
zro2、
②
聚砜、和
③
一种或多种有机硅氧烷偶联剂的原料制成；所述的zro2和聚砜的比例用a:b表示，其中a代表聚砜的质量占比，b代表zro2的质量占比，a为0.05-0.45，b为0.65-0.95，a+b＝1.0(若a低于0.05，所形成的复合膜脆性大，柔韧性差，无法正常使用；若a高于0.45，则会导致复合膜亲水性差，对氢氧根传导水平低)。同时，所述的一种或者多种偶联剂的质量(x)与zro2质量(y)比值为0.01-1(即x/y＝0.01-1)。
9.所述有机硅氧烷类偶联剂，其结构通式特征如下：
[0010][0011]
r为如下基团的任意一种：
[0012][0013]
进一步地，a为0.05-0.45。例如a为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40或0.45。
[0014]
进一步地，b为0.65～0.95。例如b为0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90或0.95。
[0015]
进一步地，所述的有机硅氧烷偶联剂的质量x与zro2质量y比值,即x/y为0.01、0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90或1；优选地x/y为0.05、0.10、0.20或0.3；
[0016]
本发明聚砜-zro2复合膜材料的制备方法，包括如下步骤：
[0017]
(1)在室温环境下，首先将
①
zro2、和
③
一种或者多种有机硅氧烷类偶联剂分散在有机溶剂中得到混合溶液，对混合溶液进一步研磨分散0.5-1h，再在80-120℃条件下搅拌0.5-2h，然后分批加入聚砜进行搅拌2-6h，最终铸膜液的固含量控制在50-70wt％。
[0018]
(2)接下来，将所得到的铸膜液在玻璃板上刮涂，在室温下预蒸发5-300s，然后在-25-30℃下，将其缓慢浸渍在一种或两种以上混合非溶剂中5-30min进行转换、凝结、成膜和清洗以去除溶剂，从而实现相转化。
[0019]
(3)将上述步骤得到的膜在50-100℃的去离子水中浸泡24-48h，充分除去膜内残留的溶剂，最终制备出聚砜-zro2复合多孔膜材料。所述聚砜-zro2复合膜材料孔径尺寸为0.05-150nm、孔隙率为1-200％、厚度为80-500μm。
[0020]
进一步地，步骤(1)中所述的有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基乙酰胺(dmac)、n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)或四甲基脲(tmu)等。
[0021]
进一步地，步骤(2)中所述的非溶剂为：水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇和叔丁醇等中的一种或者两种以上的混合溶剂。
[0022]
本发明的聚砜-zro2复合膜材料在碱性电解水装置的应用，包括如下步骤：
[0023]
(1)制备电解水装置的膜电极组件。阴阳极均选用纯镍网泡沫，将纯镍网泡沫在热压机中，80-120℃下热压0.5-10分钟之后取出，厚度压缩至150-200μm，然后将聚砜-zro2复合膜材料夹在两个镍网泡沫电极中得到膜电极组件，有效面积为4cm2。
[0024]
(2)将膜电极组件夹在阴极和阳极之间来组装电解水装置。电化学测试在浸泡于阳极和阴极电解液中进行。在1-10m koh、20-100℃条件下通过测量不同电流密度下的电池电压获得极化曲线，并且在20-100℃，50-500ma
·
cm-2
的恒温、恒定电流条件下评估其耐久性。
[0025]
根据所述聚砜-zro2复合膜材料在碱性电解水装置的应用，其特征在于：碱性电解水装置中电解液为氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或两种以上。
[0026]
本发明的有益结果是：
[0027]
(1)本发明提出了一种添加有机硅氧烷类偶联剂来制备高相容性聚砜-zro2复合膜材料的方法，操作简单高效。
[0028]
(2)制备的聚砜-zro2复合膜材料相容性高，具有优异的机械性能，拉伸强度可达50-70mpa；断裂伸长率可达8-15％；
[0029]
(3)本发明制备采用相转化制备的复合膜材料相容性好，所形成的孔径较为均一，对氢氧根的传导能力高，同时气体阻隔性强，此类膜在碱性电解水装置中具有非常好的应用前景；
[0030]
(4)该聚砜-zro2复合膜材料应用在碱性电解水装置中，具有优异的电解水性能和耐久稳定性。
附图说明
[0031]
图1为实施例1与对比例制备的聚砜-zro2复合膜材料的sem图；
[0032]
图2为实施例1、2、6、8、9与对比例制备的聚砜-zro2复合膜材料在碱性电解水装置上6m、80℃下的极化曲线；
[0033]
图3为实施例6在80℃、6m koh、500ma/cm2下的耐久稳定性测试。
具体实施方式
[0034]
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
[0035]
本发明以下实施例中所用的部分原料来源为：
[0036]
聚砜(sigma-aldrich，428302，mw＝50000-500000)
[0037]
zro2(sigma-aldrich，230693，粒径20-2000nm)
[0038]
实施例1
[0039]
(1)在室温环境下，首先将85g zro2和8.5g正辛基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，e010455)(x/y＝0.1，x正辛基三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h,然后分批加入15g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在60wt％。
[0040]
(2)接下来，将所得到的铸膜液在干净的玻璃板上刮涂，在室温下预蒸发10s，然后在0℃下，将其缓慢浸渍在异丙醇中5min进行转换、凝结、成膜和清洗以去除溶剂，从而实现相转化。
[0041]
(3)将上述步骤得到的膜在80℃的去离子水中浸泡24h，充分除去膜内残留的溶剂，最终制备出的聚砜-zro2复合膜材料，膜厚为150μm，相容性良好，其机械性能优异(弹性模量为927.05mpa；断裂伸长率为6.87％；拉伸强度达51.32mpa)，膜面电阻为0.28mω
×
cm2。
[0042]
制备的聚砜-zro2复合膜材料应用在碱性电解水装置中步骤如下：
[0043]
(1)制备碱性电解水装置的膜电极组件。阴阳极均选用纯镍网泡沫(苏州晟尔诺科技，厚度500μm)，将纯镍网泡沫(2cm
×
2cm)放置于热压机中，80℃下热压5分钟之后取出，厚度压缩至180μm，然后将制备的聚砜-zro2复合膜材料夹在两个镍网泡沫电极中得到膜电极组件，有效面积为4cm2。
[0044]
(2)将膜电极组件夹在阴极和阳极之间来组装碱性电解水装置。电化学测试在浸泡于阳极和阴极电解液中进行。在6m koh、80℃条件下，其初始性能可达500ma
·
cm-2-1.90v，并且在80℃，200ma
·
cm-2
的恒定电流下评估其耐久性。
[0045]
实施例2
[0046]
在室温环境下，首先将85g zro2和8.5g烯丙基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，d033314)(x/y＝0.1，x烯丙基三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h，然后分批加入15g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在60wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为200μm。
[0047]
实施例3
[0048]
在室温环境下，首先将85g zro2和17g烯丙基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，d033314)(x/y＝0.2，x是指烯丙基三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h,然后分批加入15g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在60wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为150μm。
[0049]
实施例4
[0050]
在室温环境下，首先将75g zro2和15g烯丙基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，d033314)(x/y＝0.2，x是指烯丙基三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h，然后分批加入25g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在60wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为120μm。
[0051]
实施例5
[0052]
在室温环境下，首先将65g zro2和13g烯丙基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，d033314)(x/y＝0.2，x是指烯丙基三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h，然后分批加入35g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在60wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为150μm。
[0053]
实施例6
[0054]
在室温环境下，首先将85g zro2和25.5g苯基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，w310041)(x/y＝0.3，x是指苯基三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h，然后分批加入15g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在70wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为200μm。
[0055]
实施例7
[0056]
在室温环境下，首先将85g zro2和17g苯基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，w310041)(x/y＝0.2，x是指苯基三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h，然后分批加入15g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在60wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为170μm。
[0057]
实施例8
[0058]
在室温环境下，首先将95g zro2和19g(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(安耐吉化学，e080931)(x/y＝0.2，x是指(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h,然后分批加入5g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在65wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实例1，得到的复合膜材料膜厚为210μm。
[0059]
实施例9
[0060]
在室温环境下，首先将80g zro2和4g苄基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，m0100498)(x/y＝0.05，x是指苄基三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h,然后分
批加入20g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在75wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为240μm。
[0061]
实施例10
[0062]
在室温环境下，首先将80g zro2、2g苄基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，m0100498)、2g己基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，e080836)(x/y＝0.05，x是指苄基三乙氧基硅烷和己基三乙氧基硅烷的质量和、y是指zro2的质量)分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h,然后分批加入20g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在75wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为220μm。
[0063]
实施例11
[0064]
同实施例1，与之不同之处在于制备聚砜-zro2复合膜材料的具体步骤(2)中：将所得到的铸膜液在干净的玻璃板上刮涂，在室温下预蒸发30s，然后在-10℃下，将其缓慢浸渍在甲醇中10min进行转换、凝结、成膜和清洗以去除溶剂，从而实现相转化。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为180μm。
[0065]
实施例12
[0066]
同实施例1，与之不同之处在于制备聚砜-zro2复合膜材料的具体步骤(2)中：将所得到的铸膜液在干净的玻璃板上刮涂，在室温下预蒸发60s，然后在-10℃下，将其缓慢浸渍在甲醇中10min进行转换、凝结、成膜和清洗以去除溶剂，从而实现相转化。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为200μm。
[0067]
实施例13
[0068]
同实施例9，与之不同之处在于制备聚砜-zro2复合膜材料的具体步骤(2)中：将所得到的铸膜液在干净的玻璃板上刮涂，在室温下预蒸发10s，然后在-15℃下，将其缓慢浸渍在乙醇和水的混合溶液中(乙醇：水体积比＝1：1)15min进行转换、凝结、成膜和清洗以去除溶剂，从而实现相转化。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为220μm。
[0069]
实施例14
[0070]
同实施例9，与之不同之处在于制备聚砜-zro2复合膜材料的具体步骤(1)中：在室温环境下，首先将80g zro2和4g苄基三乙氧基硅烷(安耐吉化学，m0100498)(x/y＝0.05，x是指苄基三乙氧基硅烷的质量、y是指zro2的质量)分散在n-甲基吡咯烷酮(nmp)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h，然后分批加入20g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在75wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为160μm。
[0071]
对比例
[0072]
本例以不添加有机硅氧烷偶联剂制备聚砜-zro2复合膜材料作为对比例：在室温环境下，首先将85g zro2分散在n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)中，通过球磨机对混合溶液进一步研磨分散0.5h，再在120℃条件下搅拌2h，然后分批加入15g聚砜进行高速搅拌3h，最终铸膜液的固含量控制在60wt％。其余实验步骤以及应用步骤同实施例1，得到的复合膜材料膜厚为270μm。
[0073]
图1为实施例1与对比例制备的聚砜-zro2复合膜材料的sem图。其中图1(a)为对比
例复合膜的上表面sem图，可以看出聚砜与zro2相容性差，分散不均匀，zro2发生了团聚；图1(b)为实施例1复合膜的上表面sem图，可以看出聚砜与zro2相容性好，均匀分布，结合紧密。
[0074]
表1为全部实施例与对比例所制备的聚砜-zro2复合膜材料的机械性能以及膜面电阻性能参数。具体地，表1为全部实施例与对比例制备的聚砜-zro2复合膜材料机械性能对比；表1为全部实施例与对比例制备的聚砜-zro2复合膜材料在6m koh、室温下膜面电阻的对比。
[0075]
表1
[0076][0077]
从表1中可以发现较于不添加硅氧烷偶联剂而言，添加硅氧烷偶联剂后，复合膜的断裂伸长率以及拉伸强度都得到了不同程度的提高，并且膜面电阻也能够维持不变或者得到降低。
[0078]
图2为实施例1、2、6、8、9与对比例制备的聚砜-zro2复合膜材料在碱性电解水装置上的极化曲线。从图中可以看出，相比于对比例而言，实施例的电解水性能都得到了一定程度的提高，其中实施例6制备的聚砜-zro2复合膜材料性能最为优异，对比例制备的聚砜-zro2复合膜材料在500ma/cm2下电压高达2.02v，实施例6制备的聚砜-zro2复合膜材料在500ma/cm2下电压仅为1.80v。
[0079]
图3为实施例6制备的聚砜-zro2复合膜材料在80℃、6m koh、500ma/cm2下的耐久稳定性测试。从图中可以看到，实施例6制备的聚砜-zro2复合膜材料在碱性电解水装置中的稳定性要高于对比例，经过265h,电压从1.802v缓慢上升到1.82v，而对比例在120h后从2.05v迅速上升到2.15v。
[0080]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种聚砜-zro2复合膜材料，其特征在于，所述复合膜材料由包含
①
zro2、
②
聚砜、和
③
一种或多种有机硅氧烷偶联剂的原料制成；所述的zro2和聚砜的比例用a:b表示，其中a代表聚砜的质量占比，b代表zro2的质量占比，a为0.05～0.45，b为0.65～0.95，并且a+b＝1.0；所述的有机硅氧烷偶联剂的质量x与zro2质量y比值为0.01～1，优选地x/y为0.05～0.3；所述有机硅氧烷偶联剂的结构通式如下：r为如式(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)和(j)所示的基团中的任意一种，2.根据权利要求1所述的复合膜材料，其特征在于，所述有机硅氧烷偶联剂的硅氧烷基团修饰zro2表面，所述有机硅氧烷偶联剂的有机部分与聚砜键合，在聚砜和zro2这两种有机-无机组分之间形成-si-o-zr键；优选地，所述聚砜-zro2复合膜材料孔径尺寸为0.05-150nm、孔隙率为1-200％、厚度为80-500μm。3.制备如权利要求1中所述的聚砜-zro2复合膜材料方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在室温环境下，首先将zro2、和一种或者多种有机硅氧烷偶联剂分散在有机溶剂中得到混合溶液，对混合溶液进一步研磨分散，再在80-120℃条件下搅拌0.5-2h，然后分批加入聚砜进行搅拌2-6h，最终铸膜液的固含量控制在50-70wt％；(2)接下来，将所得到的铸膜液在玻璃板上刮涂，在室温下预蒸发5-300s，然后在-25-30℃下，将其浸渍在一种或多种混合非溶剂中5-30min进行转换、凝结、成膜和清洗以去除溶剂，从而实现相转化；(3)将上述步骤得到的膜在50-100℃的去离子水中浸泡24-48h,除去膜内残留的溶剂，最终制备出聚砜-zro2复合膜材料。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基乙酰胺(dmac)、n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)或四甲基脲(tmu)。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的非溶剂为：水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇和叔丁醇中的一种或者两种以上的混合溶剂。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的聚砜-zro2复合膜材料或根据权利要求3-5中任一项所述的方法制备的聚砜-zro2复合膜材料在碱性电解水装置中的应用，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备碱性电解水装置的膜电极组件阴阳极均选用纯镍网泡沫，将纯镍网泡沫放置于热压机中，80-120℃下热压0.5-10分钟之后取出，厚度压缩至150-200μm，然后将聚砜-zro2复合膜材料夹在两个镍网泡沫电极中得到膜电极组件；(2)将膜电极组件夹在阴极和阳极之间来组装碱性电解水装置电化学测试在浸泡于阳极和阴极电解液中进行；在1-10m电解液、20-100℃条件下通过测量不同电流密度下的电池电压获得极化曲线，并且在20-100℃，50-500ma
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cm-2
的恒温、恒定电流条件下评估其耐久性。7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：碱性电解水装置中电解液为氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或两种以上。

技术总结

本发明公开了一种聚砜-ZrO2复合膜材料、制备方法及应用。通过添加一种或多种有机硅氧烷偶联剂，偶联剂的硅氧烷基团修饰ZrO2表面，有机部分与聚砜键合，在聚砜和ZrO2这两种有机无机组分之间形成-Si-O-Zr键来提高界面相容性，从而提升复合膜材料的机械性能，同时不牺牲亲水性。该方法操作简单高效。所制备的聚砜-ZrO2复合膜材料相容性高，多孔结构均一分布，具有优异的机械性能、高阻气性、稳定性好以及较高氢氧根传导率，在碱性电解水装置中具有良好的应用前景。好的应用前景。好的应用前景。