CN102516577A - 一种干态保存离子交换膜的方法 - Google Patents

Abstract

一种干态保存离子交换膜的方法属于膜制备技术领域，尤其属于膜保存技术领域，其特征在于，依次含有以下步骤：制备用于干态保存离子交换膜的处理液，其中，按重量百分比计，在所述处理液中甘油的浓度为50wt.％～96wt.％，去离子水的含量为4.5wt.％～50wt.％；把上述离子交换膜置于所述处理液中，至少浸泡二小时，取出后在室温下晾干，本方法具有简单、方便、成本低的有点，而且尺寸稳定性好，机械性能无明显变化。

Description

一种干态保存离子交换膜的方法

技术领域

本发明属于膜制备技术领域，特别是提供一种干态保存离子交换膜的方法。

背景技术

离子交换膜是一种带有阴离子交换基团、或者带有阳离子交换基团的荷电功能材料，在水溶液中由于与固定电荷相配对的反离子解离作用，使得膜材料本身带有正电荷或者负电荷，反离子可以在膜中发生迁移运动。通过和直流电场相结合，组成电渗析、连续电去离子等分离过程，除去水溶液中的荷电粒子，可以应用于软化水制备、消除重金属离子污染、以及废酸、废碱回收等过程。在工业水处理、环境保护、清洁生产等领域应用十分广泛。特别是近年以来，作为具备传导氢质子和离子选择性渗透的特种隔膜材料，用于电化学能量转化与储能领域，包括燃料电池和液流电池的隔膜等，成为新能源电池材料的关键部件之一，用于该用途的离子交换膜被称作质子传导膜，其导电性与离子选择性对电池性能存在显著影响。

离子交换膜的选择性取决于膜材料中具有固定荷电基团，在反离子解离后，同种电荷产生离子间静电排斥效应，阻碍带有与固定荷电基团同种电荷的离子迁移，带有相反电荷的反离子能够通过膜渗透，形成离子交换膜的选择性渗透特性。为了避免离子交换膜干燥脱水以后发生龟裂、导电性下降等问题，通常情况下离子交换膜需要和水分子接触进行湿态保存，由此带来生产装置制造、运输与维护过程诸多不便。特别是在高温的夏天，水中容易滋生微生物，使离子交换膜容易受到污染，需要进行周期性换水。膜材料保存过程占用面积大，运输不方便。为了避免在空气中失水干燥，在设备组装过程中始终需要离子交换膜处于润湿状态，给组装过程带来困难。针对上述问题，本发明提出一种膜材料处理与干态保存离子交换膜的技术方法，可以有效解决上述问题。

为了保证离子交换膜始终和水分子接触，采用与水具有良好亲合作用的化学试剂，如甘油等，对离子交换膜进行处理。所采用的甘油分子中存在羟基(-OH)能够与水分子形成氢键，起到保水作用；与此同时，甘油分子间相互作用较强，蒸汽压很低，在室温条件下难于挥发，紧密附着于膜材料表面，对膜材料起到保湿与增韧作用。采用本发明所提出的离子交换膜干态保存方法，处理过程对离子交换膜没有损害，研究结果表明膜材料的物理化学性质稳定，机械性能良好，与湿态保存的离子交换膜相比没有发生明显变化。

发明内容

本发明提供一种操作方法简单、原料成本低的干态保存离子交换膜的技术方法，技术特征在于：

1)处理离子交换膜的处理液由甘油和水混合溶液构成，在所述处理液中各组分使用重量百分数表示时分别为：

甘油浓度范围：50wt.％～96wt.％，

去离子水含量：4.5wt.％～50wt.％。

2)将所处理的离子交换膜置于1)述的混合溶液，浸泡时间至少2小时，此后将膜材料在室温下晾干。

本发明方法的优点是操作方法简单，成本低，经该方法保存后的离子交换膜进行复水后，尺寸稳定性好，机械性能没有明显变化。所采用处理液安全、环保，处理过程没有危害性物质产生。所处理的用于全钒液流电池循环性能测试，结果表明：采用该方法处理过的离子交换膜电化学性能良好，达到或超过在水中保存的膜样品性能。本发明的离子交换膜保存方法可以使离子交换膜在常温下长期干态保存，有效解决了传统利用去离子水贮存膜带来的换水，易污染等问题，并且使离子交换膜裁剪容易，运输方便，有利于离子交换膜的规模化生产，以及使用离子交换膜制造的设备与装置的生产、库存、运输与使用过程。该方法不仅适用于离子交换膜的干态化处理，也适合于其它膜材料干态化处理过程。

附图说明

图1聚偏氟乙烯质子传导膜在液流电池放电过程性能比较，

1-在去离子水中湿态保存的膜性能；

2-使用实施例3处理后干态保存的膜性能。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的实施过程与效果，使用市售甘油和去离子水，配制成甘油含量为50～96wt.％的水溶液。分别用于浸泡处理市售PE-01离子交换膜、自制聚偏氟乙烯(PVDF)材质的质子传导膜。具体方法和实施例如下所述。

实施例1：

将50g纯甘油加入到50g去离子水中，在室温条件下搅拌溶解，等溶液呈均匀透明后，将市售PE01离子交换膜浸泡在该溶液中，浸泡时间为2小时，从溶液中取出后在室温下自然干燥。

实施例2：

将50g纯甘油加入到50g去离子水中，在室温条件下搅拌溶解，等溶液呈均匀透明后，将PVDF离子交换膜浸泡在该溶液中，浸泡时间为2小时，从溶液中取出后在室温下自然干燥。

实施例3：

将80g纯甘油加入到20g去离子水中，在室温条件下搅拌溶解，等溶液呈均匀透明后，将PVDF离子交换膜浸泡在该溶液中，浸泡时间为2小时，从溶液中取出后在室温下自然干燥。

实施例4：

将80g纯甘油加入到20g去离子水中，在室温条件下搅拌溶解，等溶液呈均匀透明后，将PE01离子交换膜浸泡在该溶液中，浸泡时间为2小时，从溶液中取出后在室温下自然干燥。

实施例5：

将55g纯甘油加入到45g去离子水中，在室温条件下搅拌溶解，等溶液呈均匀透明后，将PVDF质子传导膜浸泡在该溶液中，浸泡时间为3小时，从溶液中取出后在室温下自然干燥。

实施例6：

将95g纯甘油加入到5g去离子水中，在室温条件下搅拌溶解，等溶液呈均匀透明后，将PVDF质子传导膜浸泡在该溶液中，浸泡时间为4.5小时，从溶液中取出后在室温下自然干燥。

实施例7：

将60g纯甘油加入到40g去离子水中，在室温条件下搅拌溶解，等溶液呈均匀透明后，将PE01离子交换膜浸泡在该溶液中，浸泡时间为3小时，从溶液中取出后在室温下自然干燥。

实施例8：

将96g纯甘油加入到5g去离子水中，在室温条件下搅拌溶解，等溶液呈均匀透明后，将PE01离子交换膜浸泡在该溶液中，浸泡时间为4小时，从溶液中取出后在室温下自然干燥。

为了和传统的利用去离子水贮存膜的湿态保存方法进行对比，首先测定湿态保存条件下膜材料性能，结果如表1所示。表1中的抗拉强度测试使用HZ-1003A型电脑伺服材料试验机，采用常规抗拉强度测定方法(GB/T528-1998III)；爆破强度测试过程在室温下进行，将尺寸为Φ100mm样品膜安装到LTD-A型电动不透水仪，膜上表面施加水压，直到膜爆裂为止，记录压强数值；在2M硫酸水溶液中，使用辰华CHI604C型电化学工作站，通过交流阻抗法测定离子交换膜电导率；利用尺寸为80mm×30mm的试样，测定在长度方向膜的尺寸变化率。

经过使用上述实施例1～4处理后的膜样品，性能测试结果如表2所示。

表1室温下湿态保存膜性能

编号	抗拉强度/MPa	爆破强度/MPa	电导率/S·cm-1
				湿态PVDF	28.43	0.59	1.40E-02
湿态PE 01	15.86	0.71	3.29E-02

表2室温下干态保存膜性能

表1、表2中数据对比表明，干态保存的膜性能在抗拉强度、爆破强度、电导率，以及由湿态变为干态过程尺寸变化率，均保持在可以接受的范围以内，其中抗拉强度、爆破强度的变化率均在10％以内，能够满足使用性能的要求。

为了进一步说明本发明的使用效果，将上述实施例2处理后的膜样品和去离子水湿态保存的膜，装入同一个单体全钒液流电池，在总钒浓度1.6mol/L，游离硫酸浓度2.2mol/L的条件下，比较电池在不同电流情况下放电性能，结果如图1所示。通过甘油水溶液处理后干态保存的膜和使用去离子水湿态保存膜相比，电池极化性能大体在同样水平，表明干态保存的膜具有湿态保存膜的电化学特性。

总之，使用本发明所述方法，可以快速高效实现离子交换膜干态保存，能够较好保持膜材料原有性能，克服了传统的利用去离子水湿态保存膜带来的换水，易污染等问题，使离子交换膜裁剪容易、运输方便，有利于使用离子交换膜制造的设备与装置的生产、库存、运输与使用过程。所发明的处理方法安全环保、容易实现，能够应用于离子交换膜，以及其它膜材料的实际生产与应用过程。

Claims (1)

1.一种干态保存离子交换膜的方法，其特征在于，依次含有以下步骤：

步骤(1)，制备用于干态保存离子交换膜的处理液，其中：

在所述处理液中各组分使用重量百分数表示时其组成为：

甘油浓度范围：50wt.％～96wt.％，

去离子水含量范围：4.5wt.％～50wt.％，

步骤(2)，把所处理的离子交换膜置于从步骤(1)制得的处理液中，至少浸泡2小时后再取出，把所述离子交换膜在室温下晾干。

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