CN105642522A - 固态聚合物电解质水电解池系统公共管道耐腐蚀处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固态聚合物电解质(SPE)水电解池系统公共管道的耐腐蚀处理方法，将固态聚合物电解质(SPE)水电解池系统公共管道的金属组件内表面进行预处理，再于内表面涂覆有机涂层，经过塑化或固化后，得到耐腐蚀涂层，主要是对水电解池系统公共管道的金属组件进行有机涂层处理，防止水和公共管道的金属组件直接接触，降低金属腐蚀产生金属离子对电极的污染程度，延长了系统核心组件SPE水电解池的寿命。

Description

固态聚合物电解质水电解池系统公共管道耐腐蚀处理方法

技术领域

本发明属于固态聚合物电解质(SPE)水电解技术领域，具体涉及固态聚合物电解质水电解池系统公共管道耐腐蚀处理方法。

背景技术

固态聚合物电解质(SPE)水电解技术具有环境友好、纯度高、效率高等优点，发展潜力巨大，正逐渐取代传统的碱性电解技术。由于高压电解池无需使用氢气、氧气压缩机，使得水电解池能耗显著降低，所以中高压电解池正成为开发的热点。在水电解系统中，除了SPE水电解池以外，其他各组件也对提高整个系统效率及寿命的至关重要。一般的中高压SPE电解池系统多采用金属管道及组件承受压力，如不锈钢、铜、钛等材料，但是金属管道及组件会因腐蚀产生金属离子，如Fe、Ni、Cu等，而SPE水电解池的关键组件之一膜电极多采用质子交换膜作电解质，其极易被金属离子污染。结果导致膜电阻增加，膜电极性能衰减，从而降低了电解池的工作效率，甚至工作寿命。

所以对SPE水电解系统的公共管道进行耐腐蚀处理，能够降低金属组件的暴露在水中的机会，对延长固态聚合物电解质(SPE)水电解池的寿命具有重要意义。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出了一种固态聚合物电解质水电解池系统公共管道耐腐蚀处理方法，主要是对SPE水电解池系统的公共管道，包括金属管、金属管件、气水分离罐等导水的组件进行有机涂层处理，减少水和金属的直接接触，降低金属腐蚀产生金属离子对电极的污染，延长了系统核心组件SPE水电解池的寿命。

本发明采用的技术方案为：

将固态聚合物电解质(SPE)水电解池系统公共管道的金属组件内表面进行预处理，再于内表面涂覆有机涂层，经过塑化或固化后，得到耐腐蚀涂层。

所述的预处理步骤为：

(a)碱洗:用0.1～5MNaOH水溶液或KOH水溶液，于10～99℃温度下，处理金属组件内表面0.01～5h；

(b)酸洗:再用0.001～10M的酸溶液，于10～90℃温度下，处理碱洗后的金属组件内表面0.01～5h；

(c)水洗：最后用去离子水或纯净水清洗金属组件内表面0.01～10h，重复1-5遍；

(d)干燥：在温度80～120℃干燥。

步骤(b)中所述的酸溶液为H₂SO₄水溶液、HCl水溶液、HF水溶液或HNO₃水溶液中的一种或一种以上。

所述耐腐蚀涂层的涂覆方法为：采用刷涂、喷涂或浸润的方式将耐腐蚀涂层涂覆到金属组件内表面,于80℃～350℃下固化或塑化，重复1～5遍；

或者，采用刷涂、喷涂或浸润的方式将耐腐蚀涂层涂覆到金属组件内表面,于80～120℃烘干，再在温度100～350℃固化或塑化，重复1～5遍。

所述的耐腐蚀涂层为0.5μm-200μm厚度的均匀涂层材料，涂层材料为溶液、粉末；其中，溶液为聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚砜、尼龙的一种或二种以上；粉末为聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚酯、酚醛树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂或聚氨酯中的一种或二种以上。

涂层材料为浓度为0.1～10M的溶液时，采用的涂覆方法为刷涂或浸润；涂层材料为粉末时，采用的涂覆方法为喷涂。

涂层材料为粉末时，涂覆方法可以为空气喷涂、无空气喷涂、静电喷涂、低压力雾化喷涂、热喷涂、多组喷涂。

所述的金属组件为金属管、金属管件、氢侧气水分离器、氧侧气水分离器、离子交换树脂罐、水泵泵头、各种传感器接头、电解池端板氢气孔道、水孔道或氧气孔道中的一种或两种以上。

所述的金属管为不锈钢管、钛管或钛合金管；金属管件为承插式管件、螺纹管件、法兰管件、焊接管件、弯头、直通管、三通管、四通管、异径管、封头或法兰。

本发明的有益效果：

1.耐蚀性好。该方法制备的涂层均匀、致密，有效防止了金属的腐蚀。

2.涂层牢固。在一定温度下，可以长期经受水流的冲刷。

3.工艺简单。本发明采用刷子涂、喷枪喷涂或有机溶液浸润的方式制备涂层，工艺比较简单。

总之，本发明的固态聚合物电解质(SPE)水电解池系统公共管道的耐腐蚀处理方法，能够保证SPE水电解池长期稳定的工作，对于促进SPE水电解池市场化具有重要的意义。

附图说明

图1工艺流程图；

1.碱洗，2.酸洗，3.水洗，4.干燥，5.涂层处理，6.固化或塑化。

图2公共管道采用聚四氟乙烯溶液和环氧树脂处理的稳定性实验。

图3公共管道采用环氧树脂粉末和酚醛树脂处理的稳定性实验。

具体实施方式

处理工艺如图1所示：1.碱洗，2.酸洗，3.水洗，4.干燥，5.涂层处理，6.固化或塑化。

实施例1

将SPE水电解池系统中的12不锈钢管、不锈钢管件、不锈钢阴极气水分离器和阳极气水分离器，水泵泵头，不锈钢离子交换树脂罐、不锈钢电解池端板和压力传感器，先用汽油浸泡2h，再用3MH₂SO₄加入0.1MNaF的水溶液浸泡2h，然后用水洗4h，重复2遍，在温度100℃干燥1h，备用。

将不锈钢管，不锈钢管件，不锈钢阴极气水分离器和阳极气水分离器，水泵泵头，不锈钢离子交换树脂罐涂聚四氟乙烯溶液，120℃干燥，350℃固化，重复刷涂、固化2遍。将不锈钢电解池端板和压力传感器内壁涂环氧树脂，60℃固化，重复刷涂、固化3遍。将以上组件装入SPE水电解池系统，进行水电解池整机寿命实验160h，如图2所示,电解池性能稳定，说明该工艺满足水电解要求。

实施例2

将SPE水电解池系统公共管道的20不锈钢管，不锈钢管件，不锈钢阴极气水分离器和阳极气水分离器，水泵泵头，不锈钢离子交换树脂罐、不锈钢电解池端板和压力传感器，用5MNaOH水溶液浸泡1h；再用5MHNO₃水溶液浸泡1.5h；然后用纯净水冲洗1h，90℃干燥3h，备用。将不锈钢阴极气水分离器、阳极气水分离器、不锈钢离子交换树脂罐和水泵泵头用静电喷涂的方式喷涂环氧树脂粉末，140℃固化，重复喷涂、固化2遍；将不锈钢电解池端板氢气孔道、水和氧气孔道，不锈钢管、不锈钢管件和压力传感器刷涂酚醛树脂，120℃塑化，重复刷涂、塑化3遍。然后装配电解池系统，进行电解池110h寿命实验，如图3所示，电解池性能稳定，说明该工艺满足水电解要求。

以上实例说明，将SPE水电解池系统金属组件进行涂层处理后，内壁形成了严密的保护层，防止了金属腐蚀，降低金属离子对电极的污染，能够极大的延长SPE水电解池的工作寿命。

Claims (9)

1.固态聚合物电解质水电解池系统公共管道耐腐蚀处理方法，其特征在于：将固态聚合物电解质(SPE)水电解池系统公共管道的金属组件内表面进行预处理，再于内表面涂覆有机涂层，经过塑化或固化后，得到耐腐蚀涂层。

2.按照权利要求1所述的耐腐蚀处理方法，其特征在于：

所述的预处理步骤为：

(a)碱洗:用0.1～5MNaOH水溶液或KOH水溶液，于10～99℃温度下，处理金属组件内表面0.01～5h；

(b)酸洗:再用0.001～10M的酸溶液，于10～90℃温度下，处理碱洗后的金属组件内表面0.01～5h；

(c)水洗：最后用去离子水或纯净水清洗金属组件内表面0.01～10h，重复1-5遍；

(d)干燥：在温度80～120℃干燥。

3.按照权利要求2所述的耐腐蚀处理方法，其特征在于：

步骤(b)中所述的酸溶液为H₂SO₄水溶液、HCl水溶液、HF水溶液或HNO₃水溶液中的一种或一种以上。

4.按照权利要求1所述的耐腐蚀处理方法，其特征在于：所述耐腐蚀涂层的涂覆方法为：采用刷涂、喷涂或浸润的方式将耐腐蚀涂层涂覆到金属组件内表面,

于80℃～350℃下固化或塑化，重复1～5遍；

或者，采用刷涂、喷涂或浸润的方式将耐腐蚀涂层涂覆到金属组件内表面,于80～120℃烘干，再在温度100～350℃固化或塑化，重复1～5遍。

5.按照权利要求1或4所述的耐腐蚀处理方法，其特征在于：所述的耐腐蚀涂层为0.5μm-200μm厚度的均匀涂层材料，涂层材料为溶液、粉末；其中，溶液为聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚砜、尼龙的一种或二种以上；粉末为聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚酯、酚醛树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂或聚氨酯中的一种或二种以上。

6.按照权利要求5所述的耐腐蚀处理方法，其特征在于：涂层材料为浓度为0.1～10M的溶液时，采用的涂覆方法为刷涂或浸润；涂层材料为粉末时，采用的涂覆方法为喷涂。

7.按照权利要求6所述的耐腐蚀处理方法，其特征在于：涂层材料为粉末时，涂覆方法可以为空气喷涂、无空气喷涂、静电喷涂、低压力雾化喷涂、热喷涂、多组喷涂。

8.按照权利要求1所述的耐腐蚀处理方法，其特征在于：所述的金属组件为金属管、金属管件、氢侧气水分离器、氧侧气水分离器、离子交换树脂罐、水泵泵头、各种传感器接头、电解池端板氢气孔道、水孔道或氧气孔道中的一种或两种以上。

9.按照权利要求8所述的耐腐蚀处理方法，其特征在于：所述的金属管为不锈钢管、钛管或钛合金管；金属管件为承插式管件、螺纹管件、法兰管件、焊接管件、弯头、直通管、三通管、四通管、异径管、封头或法兰。