[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101372752A [43]公开日2009年2月25日
[21]申请号200710059184.9[22]申请日2007.08.21
[21]申请号200710059184.9
[71]申请人天津工业大学
地址300160天津市河东区成林道63号
[72]发明人焦晓宁 程博闻 彭富兵 张兴祥 单明景
[74]专利代理机构天津市新天方有限责任专利代理事务所代理人王惠林
[51]Int.CI.C25B 13/08 (2006.01)C25B 1/10 (2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 6 页
[54]发明名称
[57]摘要
一种耐高温碱性水电解槽隔膜，该隔膜为针刺
法非织造布聚苯硫醚隔膜。其制备方法包括以下步
骤：(1)纤维原料选择：选用PPS纤维来制备非织造
布基布；(2)梳理成网：纤维原料经过开松、混合，
梳理机梳理成网；(3)铺网：梳理后的单网经过铺
网机铺网制成所要求的幅宽和厚度的多层纤网；
(4)加固：将铺好的多层纤网增强材料送入针刺机，
经过预刺和正反面多道主刺，制成具有一定强力的
非织造布；(5)后处理：将非织造布在90～98％的H
2SO 4中进行磺化处理；然后用30％氢氧化钾溶液处
理。本发明制备方法工艺简单，且清晰明确，工业
化实施容易，同时操作方便，成本低廉；本发明制
备方法工艺控制容易，因此可保证产品性能可靠，
质量稳定。
200710059184.9权 利 要 求 书第1/1页 1.一种耐高温碱性水电解槽隔膜，其特征在于：该隔膜为针刺法非织造布聚苯硫醚隔膜。
2.一种耐高温碱性水电解槽隔膜的制备方法，其特征在于：
该方法包括以下步骤：
(1)纤维原料的选择：选用PPS纤维来制备非织造布基布，纤维长度为20～80mm，纤度为0.8～6.0dtex；
(2)梳理成网：纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网；
(3)铺网：梳理后的单网经过铺网机铺网制成所要求的幅宽和厚度的多层纤网；
(4)加固：将铺好的多层纤网增强材料送入针刺机，经过预刺和正反面多道主刺，制成具有一定强力的非织造布；
(5)后处理：亲水处理，将非织造布在70～130℃，90～98％的H2SO4中进行磺化处理20～40分钟；然后用30％氢氧化钾溶液处理。
200710059184.9说 明 书第1/6页耐高温碱性水电解槽隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水电解槽隔膜及其制备方法，特别是涉及一种耐高温碱性水电解槽隔膜及其制备方法。
背景技术
随着技术和经济的发展以及人口的增长，使得人们对能源的需求越来越大。目前以石油、煤为代表的化石燃料，一方面使用带来了严重的环境污染，另一方面由于其不可再生性和有限的储量，将带来严重的能源危机。所以，发展清洁的可再生的新能源越来越迫切。氢以其清洁无污染，高效，可储存和运输等优点，被视为最理想的能源载体。氢气作为一种可燃性气体，除用作无污染的能源之外，还用在电子、军事、宇航、化学化工、冶金、建材、气象和汽车等许多领域。
制造氢气的方法很多，其中电解水制氢技术发展得最为成熟，应用广泛。
当两个电极(阴极和阳极)分别通上直流电，并且浸入水中时，水将被分解并在阴极和阳极分别产生氢气和氧气，这个过程就是电解水，这样的装置则为水电解槽。
目前市场上的电解槽可以分为三种：碱性电解槽、质子交换膜电解槽(PEM)和固体氧化物电解槽。碱性电解槽是最早商业化的电解槽技术，虽然其效率是三种电解槽中最低的，但由于价格低廉，目前仍然被广泛使用，尤其是在大规模制氢工业中，碱性电解槽的缺点是效率较低和使用石棉作为隔膜。
隔膜在任何电解槽中都占有很重要的位置，它置于阳极、阴极之间，阻止阳极侧氧气和阴极侧氢气的混合，以保证气体纯度、提高电流效率和安全性。其具体要求为：在100℃内对30％的氢氧化钾电解液的耐久性、耐氧化性、较小的离子通过阻力、高的电子通过阻力、被电解液高的起始可润湿性和永久可润湿性、较高的气密性、较薄的厚度、高的机械稳定性。
由于技术的局限性，目前国内主要制氢设备厂家仍旧采用石
棉布作为隔膜，石棉隔膜在90℃以下、30％的KOH溶液中耐腐蚀性能优异，但其电阻较大，当温度过高、压力增大时易溶解而造成对电解液的污染；且石棉具有致癌性，在开采和加工使用的过程中会对环境产生污染，对人体造成危害。很多国家已经提出要禁止石棉在碱性电解槽中的使用。因此寻求新的隔膜材料是十分迫切和必要的。
意大利专利24836A/80介绍了一种以PTFE织物为基布表面涂以磺化PPS作亲水改性的隔膜，这种隔膜耐腐蚀性能很好，但其生产工艺较为复杂，需要在高温高压下进行轧压，隔膜尺寸受到一定限制，均一性差，且由于其采用的PTFE表面能很小，难于被粘结，它与PPS材料热膨胀系数差异较大，故隔膜受热易分层。 美国专利US4895634采用纯聚苯硫醚纤维制成机织布或非织毡，并采用不同手段(磺化、碳酰化、磷酰化)进行亲水改性，据专利称其隔膜性能优异，耐温耐腐蚀，吸水率300％，气体纯度可达99.99％；但其隔膜厚度较大(约2mm)，其亲水后处理工艺较复杂，时间较长(约为2h)，且其专利未指出隔膜加工工艺。 目前，采用针刺法非织造布聚苯硫醚(PPS)隔膜，在国内尚属首次，其制备方法的相关内容也未见到公开。
发明内容
为了克服现有隔膜的不足之处，本发明提供了一种耐高温碱性水电解槽隔膜及其制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的。
一种耐高温碱性电解槽隔膜，为针刺法非织造布聚苯硫醚(PPS)隔膜。
一种耐高温碱性电解槽隔膜的制备方法，该方法包括： (1)纤维原料的选择：选用PPS纤维来制备非织造布基布。纤维长度为20～80mm，纤度为0.8～6.0dtex。
(2)梳理成网：纤维原料经过开松、混合，梳理机梳理成网。
(3)铺网：梳理后的单网经过铺网机铺网制成所要求的幅宽和厚度的多层纤网。
(4)加固：将铺好的多层纤网增强材料送入针刺机，经过预刺和正反面多道主刺，制成具有一定强力的非织造布。
(5)后处理：亲水处理，将非织造布在70～130℃，90～98％的H2SO4中进行磺化处理20～40分钟；然后用30％氢氧化钾溶液处理。
本发明制备方法工艺简单，且清晰明确，工业化实施容易，同时操作方便，成本低廉；本发明制备方法工艺控制容易，因此可保证产品性能可靠，质量稳定。
利用本发明制备方法所制得的耐高温碱性水电解槽隔膜性能优良，质量稳定。产品的均匀性、厚度、强度、空隙率、气密性、电阻、耐化学性等性能指标均满足要求。经过进一步处理(磺化处理)生产的隔膜完全满足碱性水电解槽的使用要求，技术指标达到或超过我国建材行业标准(JC/T211-2000隔膜石棉布标准)的技术要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
一种耐高温碱性电解槽隔膜，为针刺法非织造布聚苯硫醚(PPS)隔膜。
不利的是，应用于碱性电解制氢电解槽隔膜材料的PPS纤维是疏水性的，不能满足被电解液快速和良好可润湿性的重要需求，然而，不良的可润湿性将导致运行过程中气泡的聚集，阻碍了离子的通过，增大了电阻，最终增大电解设备的能耗，故此，必须对隔膜进行亲水处理。
本发明的耐高温碱性水电解槽隔膜的制备方法主要包括五个步骤：(1)纤维原料的选择；(2)纤维的开松、混合、梳理、成网；(3)铺网：梳理后的单网经过铺网机铺网制成所要求的幅宽和厚度的多层纤网；(4)针刺加固；(5)亲水后处理。根据现有技术，需要解决的技术问题主要有两个：非织造布隔膜的成网加固技术、隔膜后处理工艺选择及工艺参数设定。
本发明制备方法，要求所选用的纤维原料必须具有高温下耐
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