Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2411070C1 - Composite ion-exchange membrane - Google Patents

Composite ion-exchange membrane Download PDF

Info

Publication number
RU2411070C1
RU2411070C1 RU2009131427/05A RU2009131427A RU2411070C1 RU 2411070 C1 RU2411070 C1 RU 2411070C1 RU 2009131427/05 A RU2009131427/05 A RU 2009131427/05A RU 2009131427 A RU2009131427 A RU 2009131427A RU 2411070 C1 RU2411070 C1 RU 2411070C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
polyaniline
ion
perfluorinated
barrier layer
Prior art date
Application number
RU2009131427/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Светлана Алексеевна Шкирская (RU)
Светлана Алексеевна Шкирская
Анна Абдул-Рахмановна Сычева (RU)
Анна Абдул-Рахмановна Сычева
Нинель Петровна Березина (RU)
Нинель Петровна Березина
Сергей Васильевич Тимофеев (RU)
Сергей Васильевич Тимофеев
Мария Викторовна Криштопа (RU)
Мария Викторовна Криштопа
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ГОУ ВПО КубГУ)
Priority to RU2009131427/05A priority Critical patent/RU2411070C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2411070C1 publication Critical patent/RU2411070C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Conductive Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to membranes made from high-molecular weight polymer compounds, and can be used in electrochemical devices, in hydrogen-oxygen or methanol fuel cells, as well as in sensors. The membrane has a perfluorinated sulphocationite ion-exchange matrix and a polyaniline layer made in form of a barrier layer containing inclusions of polyaniline particles with diametre 0.3-2.3 mcm, where the barrier layer is formed by diffusion of a protonated aniline solution through the perfluorinated sulphocationite ion-exchange membrane first, followed by aqueous solution of ammonium persulphate.
EFFECT: membrane enables intensification electrodialysis and electrolysis processes.
2 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к изделиям из высокомолекулярных полимерных соединений. Оно может найти применение в электрохимических устройствах очистки воды, электродиализного концентрирования солевых растворов и разделения многокомпонентных смесей, мембранного хлорно-щелочного электролиза, в водородно-кислородных или метанольных топливных элементах, а также в сенсорных устройствах.The invention relates to products from high molecular weight polymer compounds. It can be used in electrochemical devices for water purification, electrodialysis concentration of salt solutions and separation of multicomponent mixtures, membrane chlor-alkali electrolysis, in hydrogen-oxygen or methanol fuel cells, as well as in sensor devices.

Известна электропроводящая композиционная полимерная мембрана, включающая полимерную подложку из микропористой полиэтиленовой или полипропиленовой пленки с размером сквозных пор 0,01-0,50 мкм, общей пористостью 40-60%, толщиной 10-20 мкм, с нанесенным на нее слоем, выполненным из электропроводящего полимера из ряда: полианилин, полипиррол, полиацетилен, политиофен, поли-(n-фениленсульфид), поли-(n-фенилен), поли-(n-фенилен-винилен) и толщина мембраны составляет 12-30 мкм (патент РФ №2154817, МПК(7) G01N 27/40, G01N 27/333).Known electrically conductive composite polymer membrane, comprising a polymer substrate of microporous polyethylene or polypropylene film with a through pore size of 0.01-0.50 microns, a total porosity of 40-60%, a thickness of 10-20 microns, with a layer deposited on it made of an electrically conductive polymer from the series: polyaniline, polypyrrole, polyacetylene, polythiophene, poly- (n-phenylene sulfide), poly- (n-phenylene), poly- (n-phenylene-vinylene) and the membrane thickness is 12-30 microns (RF patent No. 2154817 IPC (7) G01N 27/40, G01N 27/333).

Недостатком таких мембран является низкая электропроводность всего композита из-за того, что подложка из полиэтилена или полипропилена является электрическим изолятором (электропроводность 10-9 Ом-1*см-1). Несмотря на хорошую электропроводность полианилинового покрытия такие мембраны не могут быть применены в «свободном состоянии» в электрохимических процессах.The disadvantage of such membranes is the low electrical conductivity of the entire composite due to the fact that the substrate of polyethylene or polypropylene is an electrical insulator (electrical conductivity of 10 -9 Ohm -1 * cm -1 ). Despite the good electrical conductivity of the polyaniline coating, such membranes cannot be used in the “free state” in electrochemical processes.

Известны перфторированные сульфокатионитовые ионообменные мембраны «Nafion», производимые компанией Dupont de Nemour (США), и их отечественный аналог мембрана «МФ-4СК» [ТУ6-05-04-944-87], обладающие высокой протонной проводимостью.Known perfluorinated sulfonation ion exchange membrane "Nafion", manufactured by Dupont de Nemour (USA), and their domestic counterpart membrane "MF-4SK" [TU6-05-04-944-87], with high proton conductivity.

Недостатком таких мембран является отсутствие асимметрии диффузионных свойств, что не позволяет использовать их для интенсификации процессов очистки, разделения различного рода растворов.The disadvantage of such membranes is the lack of asymmetry of diffusion properties, which does not allow them to be used to intensify cleaning processes, separation of various kinds of solutions.

Известна протонпроводящая перфторированная сульфокатионитовая композиционная мембрана, модифицированная наноразмерными частицами (10-100 нм) оксидов циркония, кремния, олова, а также кислых фосфатов циркония Zr(HPO4)2 и H3OZr2(PO4)3 [US 2005/0227135 А1]. Полученные протонпроводящие мембраны применимы для использования в топливных элементах.Known proton-conductive perfluorinated sulfocationite composite membrane modified with nanosized particles (10-100 nm) of zirconium oxide, silicon, tin, and acid zirconium phosphates Zr (HPO 4 ) 2 and H 3 OZr 2 (PO 4 ) 3 [US 2005/0227135 A1 ]. The obtained proton-conducting membranes are applicable for use in fuel cells.

Установлено, что модифицированные протонпроводящие мембраны с равномерным распределением допанта отличаются повышенной пористостью, а следовательно, пониженной анизотропией переноса [International Conference "New proton conducting membranes and electrodes for РЕМ FCs" Abstracts, Asissi, 2005], что не позволяет эффективно использовать мембраны для интенсификации процессов очистки, разделения различного рода растворов.It has been established that modified proton-conducting membranes with a uniform distribution of dopant are characterized by increased porosity and, consequently, reduced transport anisotropy [International Conference "New proton conducting membranes and electrodes for PEM FCs" Abstracts, Asissi, 2005], which does not allow efficient use of membranes for process intensification purification, separation of various kinds of solutions.

Известна композиционная ионообменная мембрана, характеризующаяся различной диффузионной проницаемостью относительно противоположных сторон поверхности мембраны, состоящая из перфторированной сульфокатионитовой ионообменной матрицы, модифицированной градиентно распределенными по толщине мембраны наночастицами допанта, при этом в качестве допанта используют мелкодисперсный гидратированный кислый фосфат циркония Zr(HPO4)2·H2O, или мелкодисперсный гидратированный оксид циркония ZrO2·H2O, или мелкодисперсный гидратированный оксид кремния SiO2·H2O, или мелкодисперсный полианилин, при этом градиентное распределение неорганического допанта получают путем его синтеза непосредственно в полимерной матрице, в которую вводят один из компонентов синтезируемого допанта, а вторым компонентом обрабатывают одну из поверхностей полимерной матрицы (патент РФ №2352384, МПК B01D 71/00 (2006.01), В82В 1/00 (2006.01)). Полученные композиционные ионообменные мембраны применимы для устройств очистки воды, концентрирования, разделения ионов, а также для среднетемпературных топливных элементов. Однако недостатком таких мембран является многостадийность и сложность их синтеза, при этом полученная мембрана не обладает барьерными свойствами.Known composite ion-exchange membrane, characterized by varying the diffusion permeability relative to opposite sides of the surface membrane consisting of a perfluorinated sulfokationitovoy ion exchange matrix, the modified gradient distributed across the thickness of the membrane nanoparticles dopant, wherein as the dopant used particulate hydrated zirconium hydrogen phosphate Zr (HPO 4) 2 · H 2 O, or finely divided hydrated zirconium oxide ZrO 2 · H 2 O, or finely divided hydrated oxide to belt SiO 2 · H 2 O, or finely divided polyaniline, while the gradient distribution of the inorganic dopant is obtained by synthesizing it directly in a polymer matrix into which one of the components of the synthesized dopant is introduced, and one of the surfaces of the polymer matrix is treated with the second component (RF patent No. 2352384 IPC B01D 71/00 (2006.01), В82В 1/00 (2006.01)). The obtained composite ion-exchange membranes are applicable for water purification, concentration, ion separation devices, as well as for medium-temperature fuel cells. However, the disadvantage of such membranes is the multi-stage and complexity of their synthesis, while the resulting membrane does not have barrier properties.

Наиболее близкой к заявляемой мембране является композиционная ионообменная мембрана, содержащая матрицу в виде перфторированной сульфокатионитовой мембраны и полианилина, полученного путем сорбции из раствора протонированного анилина упомянутой матрицей с последующей его полимеризацией в присутствии персульфата аммония (патент США №6465120, Н01М 8/10, 2002). Недостатком таких мембран является невозможность их использования для интенсификации процессов разделения различного рода растворов, что обусловлено отсутствием асимметрии транспортных и структурных свойств.Closest to the claimed membrane is a composite ion-exchange membrane containing a matrix in the form of a perfluorinated sulfocationite membrane and polyaniline obtained by sorption from a solution of protonated aniline with the said matrix followed by its polymerization in the presence of ammonium persulfate (US patent No. 6465120, Н01М 8/10, 2002) . The disadvantage of such membranes is the inability to use them to intensify the separation processes of various kinds of solutions, which is due to the lack of asymmetry of transport and structural properties.

Технической задачей является создание композиционной ионообменной мембраны, обладающей асимметричными и барьерными свойствами, что позволит использовать ее для интенсификации процессов разделения растворов с полизарядными ионами, для повышения эффективности процесса электродиализного концентрирования и хлорно-щелочного электролиза, но более простых в изготовлении.The technical task is to create a composite ion-exchange membrane with asymmetric and barrier properties, which will allow it to be used to intensify the processes of separation of solutions with multicharged ions, to increase the efficiency of the process of electrodialysis concentration and chlor-alkali electrolysis, but more simple to manufacture.

Поставленная техническая задача решается тем, что композиционная ионообменная мембрана состоит из перфторированной сульфокатионитовой ионообменной базовой матрицы, модифицированной полианилином, распределенным по толщине мембраны. На одном из ее поверхностных слоев расположен барьерный слой полианилина, сформированый последовательной диффузией раствора протонированного анилина и персульфата аммония в воду, содержащий включения размером 0,3-2,3 мкм, и его толщина зависит от времени полимеризации анилина. Барьерный слой полианилина в поверхностном слое базовой матрицы возрастает от 21 до 74 мкм, что обусловлено увеличением временем полимеризации анилина от 1 до 3 часов.The stated technical problem is solved in that the composite ion-exchange membrane consists of a perfluorinated sulfation-cation-exchange ion-exchange base matrix modified with polyaniline distributed over the thickness of the membrane. On one of its surface layers is a polyaniline barrier layer formed by successive diffusion of a solution of protonated aniline and ammonium persulfate into water containing inclusions 0.3–2.3 μm in size, and its thickness depends on the aniline polymerization time. The barrier layer of polyaniline in the surface layer of the base matrix increases from 21 to 74 μm, which is due to an increase in the polymerization time of aniline from 1 to 3 hours.

На фиг. 1 представлены микрофотографии заявляемой мембраны, полученные методом сканирующей электронной микроскопии после 1 ч полимеризации при увеличении в 5 тыс. и 50 тыс. раз, причем а) - сторона мембраны, бывшая в контакте с полимеризующим раствором; б) - сторона мембраны, бывшая в контакте с водой. На фиг. 2 даны транспортные свойства заявляемой мембраны в безразмерном виде в зависимости от времени полимеризации: кривые 1, 2 - диффузионная проницаемость для 0,5 М раствора НС1 в зависимости от ориентации мембраны к потоку электролита; кривые 3, 4 - числа переноса воды в 0,5 М растворе LiCl и NaCl соответственно; кривая 5 - электропроводность мембраны в 0,5 М растворе HCl. На фиг. 3 представлены микрофотографии срезов: 3а) базовой матрицы МФ-4СК; 3б) и 3в) асимметричной композиционной мембраны после 1 и 3 ч полимеризации протонированного анилина соответственно. На фиг. 4 дан график зависимости толщины барьерного слоя мембраны в зависимости от времени полимеризации протонированного анилина.In FIG. 1 presents micrographs of the claimed membrane obtained by scanning electron microscopy after 1 h of polymerization with an increase of 5 thousand and 50 thousand times, moreover, a) the side of the membrane that was in contact with the polymerizing solution; b) - the side of the membrane that was in contact with water. In FIG. 2 shows the transport properties of the claimed membrane in a dimensionless form depending on the polymerization time: curves 1, 2 - diffusion permeability for a 0.5 M HC1 solution, depending on the orientation of the membrane to the electrolyte flow; curves 3, 4 - water transfer numbers in a 0.5 M solution of LiCl and NaCl, respectively; curve 5 - the electrical conductivity of the membrane in a 0.5 M HCl solution. In FIG. 3 presents microphotographs of sections: 3a) the base matrix MF-4SK; 3b) and 3c) of an asymmetric composite membrane after 1 and 3 hours of polymerization of protonated aniline, respectively. In FIG. Figure 4 gives a graph of the dependence of the thickness of the barrier layer of the membrane on the polymerization time of protonated aniline.

Пример. Базовую матрицу, в качестве которой была выбрана перфторированная сульфокатионитовая мембрана МФ-4СК, предварительно выдерживали в растворе HCl для перевода в Н+-форму, а затем вертикально закрепляли между камерами двухкамерной ячейки, в одну из ее камер заливали 1 М раствор протонированного анилина (C6H5NH3+), а в другую - дистиллированную воду. В течение часа базовая матрица насыщалась ионами протонированного анилина по механизму обменной и необменной сорбции. Затем раствор протонированного анилина заменяли на полимеризующий раствор, в качестве которого был взят водный раствор 0,1 М персульфата аммония (NH4)2S2O8. Время контакта с полимеризующим раствором варьировалось от 1 до 3 часов. Барьерный слой из полианилина получен последовательной диффузией растворов протонированного анилина и персульфата аммония в воду (фиг.1).Example. The base matrix, which was chosen as the perfluorinated sulfocationite membrane MF-4SK, was preliminarily kept in a HCl solution for conversion to the H + form, and then vertically fixed between the chambers of a two-chamber cell, a 1 M solution of protonated aniline was poured into one of its chambers (C 6 H 5 NH 3 + ), and distilled water into the other. Within an hour, the base matrix was saturated with protonated aniline ions by the mechanism of exchange and non-exchange sorption. Then, the protonated aniline solution was replaced with a polymerizing solution, which was taken as an aqueous solution of 0.1 M ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 O 8 . The contact time with the polymerizing solution ranged from 1 to 3 hours. The barrier layer of polyaniline obtained by sequential diffusion of solutions of protonated aniline and ammonium persulfate in water (figure 1).

Микрофотографии сторон композитных мембран исследованы на сканирующем электронном микроскопе Hitachi S-4800 (Япония) (фиг.1). Перед анализом образцы в Н+-форме сушились в течение суток при температуре 105°С. Затем на мембрану напыляли слой золота толщиной не более 70 нм для обеспечения высокой проводимости сухих образцов и исключения эффектов заряжения поверхности мембран при сканировании. Из фиг. 1а) видно, что полученная композиционная мембрана обладает асимметричной структурой, причем уже после 1 часа полимеризации образуется барьерный слой полианилина с включениями размером 0,3-2,3 мкм (размеры указаны на фигуре). Барьерный слой сформирован из раствора протонированного анилина с последующей его полимеризацией в присутствии персульфата аммония путем последовательной диффузией этих растворов в воду через перфторированную сульфокатионитовую мембрану. При этом обратная сторона мембраны содержит наногранулы полианилина размером не более 20-50 нм (фиг.1б)), "проросшего" через мембрану в процессе автокаталитической полимеризации анилина. Совокупность таких признаков обеспечивает мембране асимметричные транспортные и структурные свойства. Таким образом, формирование барьерного слоя полианилина толщиной от 21 до 74 мкм, содержащего включения размером 0,3-2,3 мкм (размеры указаны на фиг. 1), на поверхности мембраны определяет барьерные свойства композиционных мембран (фиг.2).Micrographs of the sides of the composite membranes were examined using a Hitachi S-4800 scanning electron microscope (Japan) (Fig. 1). Before analysis, samples in the H + form were dried for a day at a temperature of 105 ° C. Then, a gold layer with a thickness of not more than 70 nm was sprayed onto the membrane to ensure high conductivity of dry samples and to exclude the effects of charging the surface of the membranes during scanning. From FIG. 1a) it is seen that the obtained composite membrane has an asymmetric structure, and already after 1 hour of polymerization, a polyaniline barrier layer with inclusions 0.3–2.3 μm in size is formed (dimensions are shown in the figure). The barrier layer is formed from a solution of protonated aniline with its subsequent polymerization in the presence of ammonium persulfate by successive diffusion of these solutions into water through a perfluorinated sulfocationite membrane. At the same time, the reverse side of the membrane contains polyaniline nanogranules with a size of no more than 20-50 nm (Fig. 1b)), which "sprouted" through the membrane during autocatalytic polymerization of aniline. The combination of these features provides the membrane with asymmetric transport and structural properties. Thus, the formation of a barrier layer of polyaniline with a thickness of 21 to 74 μm, containing inclusions 0.3–2.3 μm in size (dimensions are shown in Fig. 1), determines the barrier properties of composite membranes on the membrane surface (Fig. 2).

Результаты, представленные на фиг. 2, по диффузионной проницаемости, числам переноса воды и электропроводности получены с помощью аттестованных экспериментальных методик лаборатории мембранного материаловедения [N.P. Berezina, N.A. Kononenko, О.А. Dyomina, N.P. Gnusin Characterization of ion-exchange membrane materials: Properties vs structure // Advances in Colloid and Interface Sci. 2008. V.139. P.3-28]. Композиционная мембрана отличается достаточно хорошей ионной проводимостью 0,7 - 0,9 См/м, механической устойчивостью полианилиновых слоев из-за высокой адгезии полианилина к гидрофобной фторполимерной базовой матрице. Представленные на фиг.2 зависимости безразмерных транспортных характеристик получены как отношения свойств композитной мембраны к соответствующим свойствам базовой матрицы. Эти зависимости имеют экстремальный характер, причем минимум наблюдается для мембраны после 1 часа полимеризации анилина. Можно отметить, что диффузионная проницаемость снижается на 40% (кривые 1 и 2), числа переноса воды - на 70% (кривые 3 и 4), а электропроводность уменьшается в 10 раз (кривая 5) по сравнению с базовой матрицей МФ-4СК. При этом наблюдается асимметрия интегрального коэффициента диффузионной проницаемости: в случае, когда барьерный слой полианилина обращен к потоку электролита (фиг.2, кривая 2), диффузионная проницаемость ниже на 10-25% в зависимости от времени полимеризации анилина, чем при ориентации барьерным слоем к воде (кривая 1, фиг.2). С увеличением времени полимеризации анилина до 3 часов и глубины его интеркаляции в объем мембраны происходит образование новых транспортных каналов за счет эффекта расклинивания полимерных цепей, что сопровождается увеличением потоков электролита и воды (фиг.2, кривые 1-5), поэтому дальнейшее увеличение времени полимеризации нецелесообразно.The results presented in FIG. 2, according to diffusion permeability, water transfer numbers and electrical conductivity, were obtained using certified experimental methods of the membrane materials science laboratory [N.P. Berezina, N.A. Kononenko, O.A. Dyomina, N.P. Gnusin Characterization of ion-exchange membrane materials: Properties vs structure // Advances in Colloid and Interface Sci. 2008. V.139. P.3-28]. The composite membrane is characterized by a fairly good ionic conductivity of 0.7 - 0.9 S / m, mechanical stability of polyaniline layers due to the high adhesion of polyaniline to a hydrophobic fluoropolymer base matrix. The dependences of dimensionless transport characteristics presented in FIG. 2 are obtained as the ratio of the properties of the composite membrane to the corresponding properties of the base matrix. These dependences are extreme, with a minimum observed for the membrane after 1 hour of aniline polymerization. It can be noted that diffusion permeability decreases by 40% (curves 1 and 2), water transfer numbers - by 70% (curves 3 and 4), and electrical conductivity decreases by 10 times (curve 5) compared to the base matrix MF-4SK. In this case, the asymmetry of the integral coefficient of diffusion permeability is observed: in the case when the polyaniline barrier layer is facing the electrolyte flow (Fig. 2, curve 2), the diffusion permeability is 10-25% lower depending on the aniline polymerization time than when the barrier layer is oriented to water (curve 1, figure 2). With an increase in the polymerization time of aniline up to 3 hours and the depth of its intercalation into the membrane volume, new transport channels are formed due to the wedging effect of the polymer chains, which is accompanied by an increase in the flow of electrolyte and water (Fig. 2, curves 1-5), therefore, a further increase in the polymerization time impractical.

Как известно из литературы [Мазанко А.Ф., Камарьян Г.М., Ромашин О.П. Промышленный мембранный электролиз. М.: Химия, 1989. 240 с.], числа переноса воды мембран характеризуют соперенос воды с ионами в электрическом поле, что ограничивает степень концентрирования растворов в электродиализе и мембранном электролизе. Барьерный слой полианилина в композитной мембране снижает на 50-70% число переноса воды (фиг.2, кривые 3, 4), что приведет к увеличению концентрации электролита в процессах электродиализа и мембранного электролиза.As is known from the literature [Mazanko A.F., Kamaryan G.M., Romashin O.P. Industrial membrane electrolysis. M .: Chemistry, 1989. 240 pp.], Membrane water transfer numbers characterize the transfer of water with ions in an electric field, which limits the degree of concentration of solutions in electrodialysis and membrane electrolysis. The barrier layer of polyaniline in the composite membrane reduces the number of water transfer by 50-70% (Fig. 2, curves 3, 4), which will lead to an increase in the electrolyte concentration in the processes of electrodialysis and membrane electrolysis.

Таким образом, барьерный слой полианилина (фиг.3) придает мембране барьерные свойства, которые проявляются в существенном снижении электрокинетических характеристик композитов по сравнению с базовой матрицей, что отражено на фиг.2. Срезы мембран, представленные на фиг. 3, готовились на микротоме МС-2 из фрагментов, предварительно зафиксированных в полиэтиленовой капсуле. Фотоизучение микросрезов проводили с помощью оптического микроскопа Д1У11, снабженного цифровой камерой-окуляром ДСМ-300 для компьютерной обработки изображений с помощью программы ScopePhoto. Изучив асимметричные композиционные мембраны, обладающие барьерными свойствами, установили по срезам (фиг.3), что эпитаксиальный рост полианилина необходимо проводить со средней скоростью 20 мкм/час. Толщина барьерного слоя полианилина возрастает от 21 до 74 мкм с увеличением времени полимеризации протонированного анилина от 1 до 3 часов, что изображено на фиг.4.Thus, the polyaniline barrier layer (Fig. 3) gives the membrane barrier properties, which are manifested in a significant decrease in the electrokinetic characteristics of the composites compared to the base matrix, which is reflected in Fig. 2. The membrane sections shown in FIG. 3, were prepared on the MS-2 microtome from fragments previously fixed in a polyethylene capsule. Microsections were photographed using a D1U11 optical microscope equipped with a DSM-300 digital camera-eyepiece for computer image processing using the ScopePhoto program. Having studied the asymmetric composite membranes with barrier properties, it was found by sections (Fig. 3) that the epitaxial growth of polyaniline must be carried out at an average speed of 20 μm / hour. The thickness of the barrier layer of polyaniline increases from 21 to 74 μm with an increase in the polymerization time of protonated aniline from 1 to 3 hours, which is shown in figure 4.

Указанная совокупность существенных признаков заявляемой мембраны обеспечивает получение технического результата - возможности создания асимметричной композиционной мембраны, обладающей барьерными свойствами для интенсификации процессов разделения растворов с полизарядными ионами, для повышения эффективности процесса электродиализного концентрирования и хлорно-щелочного электролиза. Таким образом, заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо, т.е. является изобретением.The specified set of essential features of the claimed membrane provides a technical result - the possibility of creating an asymmetric composite membrane with barrier properties to intensify the processes of separation of solutions with multicharged ions, to increase the efficiency of the process of electrodialysis concentration and chlor-alkali electrolysis. Thus, the claimed technical solution is new, has an inventive step and is industrially applicable, i.e. is an invention.

Claims (2)

1.Композиционная ионообменная мембрана, содержащая перфторированную сульфокатионитовую ионообменную матрицу и слой полианилина, отличающаяся тем, что она содержит слой полианилина на поверхности мембраны, выполненный в виде барьерного слоя, содержащего включения частиц полианилина диаметром 0,3-2,3 мкм, при этом барьерный слой образован путем диффузии через перфторированную сульфокатионитовую ионообменную мембрану вначале протонированного раствора анилина, а затем водного раствора персульфата аммония в качестве инициатора полимеризации с обеспечением автокаталитической полимеризации протонированного анилина.1. A composite ion-exchange membrane containing a perfluorinated sulfocationionite ion-exchange matrix and a polyaniline layer, characterized in that it contains a polyaniline layer on the membrane surface, made in the form of a barrier layer containing inclusions of polyaniline particles with a diameter of 0.3-2.3 μm, while the barrier the layer is formed by diffusion through a perfluorinated sulfocationite ion exchange membrane, first a protonated aniline solution, and then an aqueous solution of ammonium persulfate as the initiator of polymerization cations with autocatalytic polymerization of protonated aniline. 2.Композиционная ионообменная мембрана по п.1, отличающаяся тем, что при средней толщине перфторированной сульфокатионитовой ионообменной мембраны, равной 210 мкм, толщина барьерного слоя полианилина составляет от 21 до 74 мкм. 2. The composite ion-exchange membrane according to claim 1, characterized in that, with an average thickness of a perfluorinated sulfocationite ion exchange membrane equal to 210 μm, the thickness of the polyaniline barrier layer is from 21 to 74 μm.
RU2009131427/05A 2009-08-18 2009-08-18 Composite ion-exchange membrane RU2411070C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009131427/05A RU2411070C1 (en) 2009-08-18 2009-08-18 Composite ion-exchange membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009131427/05A RU2411070C1 (en) 2009-08-18 2009-08-18 Composite ion-exchange membrane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2411070C1 true RU2411070C1 (en) 2011-02-10

Family

ID=46309167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009131427/05A RU2411070C1 (en) 2009-08-18 2009-08-18 Composite ion-exchange membrane

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2411070C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481885C1 (en) * 2012-04-06 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method of producing composite membrane with fixed polyaniline layer thickness
RU2487145C1 (en) * 2011-12-05 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method of producing composite cation-exchange membrane
RU2542261C1 (en) * 2013-08-20 2015-02-20 Динар Дильшатович Фазуллин Method of obtaining cation-exchange composite membrane
RU2566415C1 (en) * 2014-07-18 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method to change characteristics of electrodialyser with alternating cation- and anion-exchange membranes
RU2574453C1 (en) * 2014-07-18 2016-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method for obtaining composite anisotropic cation-exchange membrane
RU2612269C1 (en) * 2015-11-24 2017-03-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method of producing composite anion-exchange membrane
CN115347318A (en) * 2022-08-29 2022-11-15 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Seawater electrolysis hydrogen production composite diaphragm and preparation method and application thereof

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487145C1 (en) * 2011-12-05 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method of producing composite cation-exchange membrane
RU2481885C1 (en) * 2012-04-06 2013-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method of producing composite membrane with fixed polyaniline layer thickness
RU2542261C1 (en) * 2013-08-20 2015-02-20 Динар Дильшатович Фазуллин Method of obtaining cation-exchange composite membrane
RU2566415C1 (en) * 2014-07-18 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method to change characteristics of electrodialyser with alternating cation- and anion-exchange membranes
RU2574453C1 (en) * 2014-07-18 2016-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method for obtaining composite anisotropic cation-exchange membrane
RU2612269C1 (en) * 2015-11-24 2017-03-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") Method of producing composite anion-exchange membrane
CN115347318A (en) * 2022-08-29 2022-11-15 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Seawater electrolysis hydrogen production composite diaphragm and preparation method and application thereof
CN115347318B (en) * 2022-08-29 2023-08-04 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Composite diaphragm for producing hydrogen by seawater electrolysis and preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Teng et al. Modification of Nafion membrane using fluorocarbon surfactant for all vanadium redox flow battery
Tricoli et al. Zeolite–Nafion composites as ion conducting membrane materials
RU2411070C1 (en) Composite ion-exchange membrane
Li et al. Effects of the porous structure on conductivity of nanocomposite polymer electrolyte for lithium ion batteries
Li et al. Hydrophilic porous poly (sulfone) membranes modified by UV-initiated polymerization for vanadium flow battery application
KR20010034536A (en) Ion Conductive Matrixes and Their Use
KR101542839B1 (en) Organic-inorganic composite anion exchange membrane containing polyvinylidene fluoride polymer for non-aqueous redox flow battery and method for preparing the same
US9793567B2 (en) Ion exchange membrane, method of preparing the same, and redox flow battery comprising the same
Liu et al. Controllable preparation of an eggshell membrane supported hydrogel electrolyte with thickness-dependent electrochemical performance
Zhang et al. Zwitterionic interface engineering enables ultrathin composite membrane for high-rate vanadium flow battery
Tortello et al. Nafion membranes with vertically-aligned CNTs for mixed proton and electron conduction
Berezina et al. Barrier effects of polyaniline layer in surface modified MF-4SK/Polyaniline membranes
CN102324481A (en) Composite diaphragm for lithium ion battery and preparation method thereof
Panwar et al. Enhanced sensing performance of carboxyl graphene–ionic liquid attached ionic polymer–metal nanocomposite based polymer strain sensors
Daiko et al. Proton conduction in thickness-controlled ultrathin polycation/nafion multilayers prepared via layer-by-layer assembly
Liu et al. Reinforced composite membranes based on expanded polytetrafluoroethylene skeletons modified by a surface sol–gel process for fuel cell applications
Prakash et al. Fabrication of a low-cost functionalized poly (vinylidene fluoride) nanohybrid membrane for superior fuel cells
CN104852065B (en) A kind of compound proton exchange membrane for DMFC and preparation method thereof
KR102062737B1 (en) Bipolar membrane for water dissociation
RU2481885C1 (en) Method of producing composite membrane with fixed polyaniline layer thickness
KR102429550B1 (en) Bipolar membrane containing polydopamine
Xu et al. Poly (arylene alkylene)-based ion-exchange polymers for enhancing capacitive desalination capacity and electrode stability
Shadman et al. Improving MFC efficiency in power generation and COD removal by using protic ionic liquid in MWCNT-CS-2-aminothiazole-SO3H nanoparticle-infused sulfonated PES
WO2012072940A1 (en) Proton-conducting composite membrane for fuel cells
Thiam et al. Sulfonated 3D printed poly (ether ether ketone) membrane coated with polydopamine for application in vanadium redox flow batteries

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180819