本申請(qǐng)涉及電解，特別是涉及一種復(fù)合陰離子交換膜、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的日益重視，傳統(tǒng)化石能源的消耗帶來的環(huán)境污染和溫室氣體排放問題促使人們積極尋求清潔、可再生的能源替代方案。氫能作為一種清潔、高效、可持續(xù)的能源載體，具有能量密度高、燃燒產(chǎn)物無污染等優(yōu)點(diǎn)，在能源轉(zhuǎn)型中占據(jù)重要地位。

2、電解水制氫是一種重要的綠色制氫方法，可利用可再生能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能等產(chǎn)生的電能將水分解為氫氣和氧氣，實(shí)現(xiàn)能源的清潔生產(chǎn)和儲(chǔ)存。陰離子交換膜（anionexchange?membrane，aem）電解水技術(shù)結(jié)合了堿性電解水（alk）和質(zhì)子交換膜（pem）電解水制氫的優(yōu)點(diǎn)，具有成本低、效率高、可快速啟停、能在堿性條件下工作無需貴金屬催化劑等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是極具潛力的?“第三代電解水制氫技術(shù)”。然而目前的陰離子交換膜不能兼顧離子交換能力和穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種兼顧離子交換能力和穩(wěn)定性的復(fù)合陰離子交換膜、制備方法及應(yīng)用。

2、在一些實(shí)施方式中，提供一種復(fù)合陰離子交換膜，包括季銨化聚合物和改性無機(jī)納米氧化物，

3、所述改性無機(jī)納米氧化物包括采用改性劑與無機(jī)納米氧化物反應(yīng)得到的改性無機(jī)納米氧化物，

4、所述改性劑包括中的至少一種，其中，r為-ch3、-cn、-sh、-och3、-oh、、、或，n為1-10之間的整數(shù)。

5、在一些實(shí)施方式中，提供的復(fù)合陰離子交換膜中，所述無機(jī)納米氧化物包括二氧化硅、二氧化鋯和二氧化鈦中的至少一種。

6、在一些實(shí)施方式中，提供的復(fù)合陰離子交換膜滿足如下條件中的至少一個(gè)：

7、（1）所述季銨化聚合物包括季銨化聚芳基哌啶類聚合物、季銨化聚芳基靛紅類聚合物、季銨化聚醚醚酮和季銨化聚苯并咪唑類聚合物中的至少一種；

8、（2）以投料量計(jì)，所述季銨化聚合物與所述改性無機(jī)納米氧化物的質(zhì)量比為1:（0.01~0.05），可選地，以投料量計(jì)，所述季銨化聚合物與所述改性無機(jī)納米氧化物的質(zhì)量比為1:（0.03~0.05）。

9、在一些實(shí)施方式中，提供一種復(fù)合陰離子交換膜的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

10、將所述季銨化聚合物與第一溶劑混合，形成陰離子交換膜膜溶液；

11、將所述陰離子交換膜膜溶液和含有所述改性無機(jī)納米氧化物的溶液混合，形成鑄膜液，將所述鑄膜液涂覆制備預(yù)制膜；

12、將所述預(yù)制膜進(jìn)行離子交換處理，制備所述復(fù)合陰離子交換膜；

13、所述改性無機(jī)納米氧化物包括采用改性劑與無機(jī)納米氧化物反應(yīng)得到的改性無機(jī)納米氧化物，

14、所述改性劑包括中的至少一種，其中，r為-ch3、-cn、-sh、-och3、-oh、、、或，n為1-10之間的整數(shù)。

15、在一些實(shí)施方式中，提供的復(fù)合陰離子交換膜的制備方法中，所述改性無機(jī)納米氧化物的制備方法包括如下步驟：在第二溶劑存在條件下，混合所述無機(jī)納米氧化物和所述改性劑，分散1h~24h，制備所述改性無機(jī)納米氧化物；

16、可選地，所述無機(jī)納米氧化物與所述改性劑的質(zhì)量比為1：（0.005~0.05）；

17、可選地，所述第二溶劑包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、、二甲基亞砜、二氯甲烷、甲苯、乙醇和水中的一種或多種。

18、在一些實(shí)施方式中，提供的復(fù)合陰離子交換膜的制備方法滿足如下條件中的至少一個(gè)：

19、（1）所述季銨化聚合物包括季銨化聚芳基哌啶類聚合物、季銨化聚芳基靛紅類聚合物、季銨化聚醚醚酮和季銨化聚苯并咪唑類聚合物中的至少一種；

20、（2）所述第一溶劑包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、、二甲基亞砜、二氯甲烷、甲苯、乙醇和水中的一種或多種；

21、（3）以投料量計(jì)，所述季銨化聚合物與所述改性無機(jī)納米氧化物的質(zhì)量比為1:（0.01~0.05）；

22、（4）所述改性無機(jī)納米氧化物包括改性二氧化硅、改性二氧化鋯、改性二氧化鈦中的至少一種；

23、（5）所述陰離子交換膜膜溶液中所述季銨化聚合物的質(zhì)量濃度為5%~30%。

24、在一些實(shí)施方式中，提供的復(fù)合陰離子交換膜的制備方法中，所述季銨化聚合物的制備方法包括如下步驟：在第三有機(jī)溶劑存在條件下，將聚合物、縛酸劑和鹵代烷烴混合進(jìn)行季銨化反應(yīng)，加入沉淀劑，收集沉淀物，制備季銨化聚合物；可選地，所述聚合物、所述縛酸劑和所述鹵代烷烴的比例為1：（1-3）：（1-3）；

25、可選地，所述聚合物包括聚芳基哌啶類聚合物、聚芳基靛紅類聚合物、聚醚醚酮和聚苯并咪唑類聚合物中的至少一種；

26、可選地，所述縛酸劑包括碳酸鉀、氫化鈉、碳酸氫鈉、三甲胺和碳酸鈉中的至少一種；

27、可選地，所述鹵代烷烴包括碘甲烷、碘乙烷和2-碘丙烷中的至少一種；

28、可選地，所述第三有機(jī)溶劑包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、n-甲基吡咯烷酮中的至少一種。

29、在一些實(shí)施方式中，提供的復(fù)合陰離子交換膜的制備方法中，所述離子交換處理包括：

30、采用堿溶液對(duì)所述預(yù)制膜進(jìn)行離子交換處理；

31、可選地，所述堿溶液中含有的堿性化合物包括氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鈣中的至少一種。

32、在一些實(shí)施方式中，提供所述的復(fù)合陰離子交換膜或所述的制備方法制備得到的復(fù)合陰離子交換膜在制備電解裝置中的應(yīng)用。

33、在一些實(shí)施方式中，提供一種電解裝置，所述電解裝置包括所述的復(fù)合陰離子交換膜和/或所述的制備方法制備得到的復(fù)合陰離子交換膜。

34、采用改性無機(jī)納米氧化物與陰離子交換膜進(jìn)行無機(jī)/有機(jī)混合，制備一種復(fù)合陰離子交換膜。采用的改性無機(jī)納米氧化物能使陰離子交換膜內(nèi)部親水域更加充分，打破陰離子交換膜內(nèi)部的鏈堆積，進(jìn)而降低阻抗、提高電導(dǎo)率、提高離子交換能力，同時(shí)，無機(jī)納米氧化物的引入能進(jìn)一步減少膜的溶脹，進(jìn)而提高膜的尺寸穩(wěn)定性及使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合陰離子交換膜，其特征在于，包括季銨化聚合物和改性無機(jī)納米氧化物，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合陰離子交換膜，其特征在于，所述無機(jī)納米氧化物包括二氧化硅、二氧化鋯和二氧化鈦中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合陰離子交換膜，其特征在于，滿足如下條件中的至少一個(gè)：

4.一種復(fù)合陰離子交換膜的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述改性無機(jī)納米氧化物的制備方法包括如下步驟：在第二溶劑存在條件下，混合所述無機(jī)納米氧化物和所述改性劑，分散1h~24h，制備所述改性無機(jī)納米氧化物；

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述復(fù)合陰離子交換膜的制備方法滿足如下條件中的至少一個(gè)：

7.根據(jù)權(quán)利要求4~6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述季銨化聚合物的制備方法包括如下步驟：在第三有機(jī)溶劑存在條件下，將聚合物、縛酸劑和鹵代烷烴混合進(jìn)行季銨化反應(yīng)，加入沉淀劑，收集沉淀物，制備季銨化聚合物；可選地，所述聚合物、所述縛酸劑和所述鹵代烷烴的比例為1：（1-3）：（1-3）；

8.根據(jù)權(quán)利要求4~7任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述離子交換處理包括：

9.權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的復(fù)合陰離子交換膜或權(quán)利要求4~8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的復(fù)合陰離子交換膜在制備電解裝置中的應(yīng)用。

10.一種電解裝置，其特征在于，所述電解裝置包括權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的復(fù)合陰離子交換膜和/或權(quán)利要求4~8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的復(fù)合陰離子交換膜。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及電解技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種復(fù)合陰離子交換膜、制備方法及應(yīng)用。提供的復(fù)合陰離子交換膜包括季銨化聚合物和改性無機(jī)納米氧化物，改性無機(jī)納米氧化物包括采用改性劑與無機(jī)納米氧化物反應(yīng)得到的改性無機(jī)納米氧化物。采用的改性無機(jī)納米氧化物能使陰離子交換膜內(nèi)部親水域更加充分，打破陰離子交換膜內(nèi)部的鏈堆積，進(jìn)而降低阻抗、提高電導(dǎo)率，同時(shí)，無機(jī)納米氧化物的引入能進(jìn)一步減少膜的溶脹，進(jìn)而提高膜的尺寸穩(wěn)定性及使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：夏一帆,張?chǎng)卫?馬炬剛,趙英朋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：氫和元泰（常州）新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15