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碱性水电解用聚砜隔膜的制备和研究

尤岩  
【摘要】:在当前的制氢工业生产中,碱性水电解技术工业化早、技术成熟、设备成本低,但因为其能耗较高,限制了它的应用。碱性水电解中广泛使用的是石棉隔膜,其阻抗大、易污染电解液,且在开发生产和使用过程中有致癌的危险,不符合环保的要求。因此,需要开发出新的隔膜材料以改善电解环境,降低成本。本文采用浸没沉淀相转化法制备出聚砜隔膜,分别制备出不同预蒸发时间、凝固浴温度、PSF含量、PVP添加量、ZrO2添加量和湿态膜厚度的隔膜,对它们进行性能测试和结构分析。 实验结果表明,预蒸发时间在15s的时候,隔膜电阻最小,而其对阻气性能、拉伸强度和耐腐蚀性能影响不大;随着凝固浴温度的升高,隔膜的电阻持续增大,其强度持续下降,而凝固浴温度对隔膜阻气性能和耐腐蚀性影响不大;随着PSF含量的增加,电阻和机械强度均持续增大,孔径逐渐变小,阻气性能略有改善,而耐腐蚀性能变化不大;随着PVP含量的增加,隔膜孔径和孔隙率明显增大,电阻和机械强度显著下降,耐腐蚀性能和阻气性能均略有下降;ZrO2含量在高于50wt%的情况下,亲水性能改善明显,隔膜电阻显著下降,随着ZrO2含量的增大,机械强度持续下降,耐腐蚀性能提高,阻气性能也会有所改善;随着液态膜厚度的增加,隔膜面电阻显著增大,力学性能改善明显,阻气性能和耐腐蚀性能变化不大。经优化的铸膜液组成是以NMP为溶剂,PSF和PVP的含量均为15wt%,干态下氧化锆的含量为60wt%左右。适宜的预蒸发时间和凝固浴温度分别为15s和15℃。 为了评价制备出的聚砜隔膜的实际可用性,进行了小型电解实验,考察了槽电压、产气纯度和长期稳定性的情况。实验结果表明,实际运行时聚砜隔膜的槽电压比较小,其电解性能优良。长时间运行下,聚砜隔膜的产气纯度没有较大波动,其槽电压略有上升,整体来说,长期运行稳定性较高。


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