RU2565319C2 - Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды - Google Patents
Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2565319C2 RU2565319C2 RU2013155540/05A RU2013155540A RU2565319C2 RU 2565319 C2 RU2565319 C2 RU 2565319C2 RU 2013155540/05 A RU2013155540/05 A RU 2013155540/05A RU 2013155540 A RU2013155540 A RU 2013155540A RU 2565319 C2 RU2565319 C2 RU 2565319C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer
- formation
- hydrophilic filler
- precursor
- fibres
- Prior art date
Links
Landscapes
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии изготовления нетканых диафрагменных материалов на основе волокон полимера с внедренными по поверхности частицами гидрофильного наполнителя для электролизеров воды с щелочным электролитом. Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды с щелочным электролитом, при котором электроформование волокон полимера происходит одновременно с обработкой их поверхности раствором прекурсора гидрофильного наполнителя и последующим гидролизом прекурсора, сопровождающимся образованием частиц гидрофильного наполнителя, удерживаемых поверхностью волокон. Электроформование волокон производится в атмосфере герметичного бокса с остаточной влажностью 0.01 ppm и оптимальным содержанием паров растворителя, коррелирующим с составом раствора полимера. Изобретение позволяет создать нетканые диафрагменные материалы на основе полимерных волокон, характеризующиеся высокой удельной электропроводностью, оптимальной пористостью, высокой химической и механической устойчивостью в условиях щелочного электролиза, и обеспечивает высокую чистоту генерируемых газов. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.Использование новых диафрагменных материалов позволяет повысить рабочую температуру электролиза (для систем, работающих под давлением вплоть до 140°C), снизить энергопотребление электролизера на 10-15% и значительно повысить ресурс работы. 1 н., 2 з.п. ф-лы.
Description
Предлагаемое изобретение относится к технологии изготовления нетканых диафрагменных материалов на основе волокон полимера с внедренными по поверхности частицами гидрофильного наполнителя для электролизеров воды с щелочным электролитом.
Из технологии щелочного электролиза известны диафрагменные ткани и диафрагменный асбокартон на основе неорганических нановолокон хризотилового асбеста (Л.М. Якименко «Получение водорода, кислорода, хлора и щелочей» М., «Химия», 1981, с. 52-65). Подобные материалы характеризуются хорошей смачиваемостью, высокой пористостью и удовлетворительной удельной электропроводностью. Недостатком является низкая устойчивость асбеста в концентрированных горячих растворах щелочей, экологический вред, наносимый добычей и переработкой, а также постепенное исчерпание запасов ископаемого средневолокнистого асбеста.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения нетканого микропористого материала для сепараторов химических источников тока (Патент RU 2307428 опубл. 27.09.2007). Способ изготовления включает три стадии: электроформование волокон полисульфона, прессование материала и пропитку поверхностно-активным веществом. Пористость и механические свойства задают прессованием, а смачиваемость увеличивают пропиткой поверхностно-активным веществом. Преимуществом материала является высокая химическая стойкость к воздействию горячих концентрированных растворов щелочей и радиус пор, находящийся в оптимальном для щелочного электролиза диапазоне. Основным недостатком является способ увеличения смачиваемости. Поверхностно-активное вещество не связано с волокнистой основой механически или химически, вследствие чего, в условиях щелочного электролиза, происходит его вымывание, сопровождающееся пенообразованием, ростом газонаполненности электролита, снижением удельной электропроводности диафрагмы и электролита и ростом энергопотребления электролизера. Электроформование проводят в условиях естественной влажности, что определяет достаточно высокие диаметры волокон, высокую дефектность и ограниченную воспроизводимость.
Технической задачей предлагаемого технического решения является разработка упрощенного способа изготовления нетканых диафрагменных материалов на основе волокон щелочестойких полимеров, обеспечивающих снижение энергопотребления щелочных электролизеров и повышение ресурса их работы.
Технический эффект, возникающий при решении поставленной задачи и заключающийся в упрощении способа изготовления, увеличении удельной электропроводности диафрагм и повышении ресурса их работы, достигается тем, что в известном способе изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды с щелочным электролитом, путем электроформования волокон, согласно изобретению электроформование волокон полимера осуществляют одновременно с обработкой их поверхности раствором прекурсора гидрофильного наполнителя посредством применения коаксиального капилляра, при этом электроформование волокон из растворов полимера и прекурсора гидрофильного наполнителя проводят в атмосфере герметичного бокса с остаточной влажностью 0.01 ppm и содержанием паров растворителя, коррелирующим с составом раствора полимера, затем производят гидролиз прекурсора, сопровождающийся образованием частиц гидрофильного наполнителя, удерживаемого поверхностью волокон.
Кроме того, электроформование проводят с нагретыми растворами полимера и прекурсора гидрофильного наполнителя.
Изготовление диафрагменного материала производили следующим образом.
В среде герметичного перчаточного бокса готовят раствор полисульфидсульфона (молекулярная масса 35.500-215.000) в смеси тетрагидрофурана и диметилацетамида, взятых в соотношении от 1:10 до 10:1. Концентрация полимера - 5-25 масс. %. Раствор помещают в емкость и подключают к пневматическому дозатору и внутреннему каналу коаксиального капилляра.
В среде герметичного перчаточного бокса готовят раствор изопропоксида титана в смеси тетрагидрофурана и диметилацетамида, взятых в соотношении от 1:10 до 10:1, с добавлением 1-5 масс. % полисульфидсульфона. Раствор помещают в емкость и подключают к пневматическому дозатору и внешнему каналу коаксиального капилляра.
Емкости с растворами находятся в термостатирующей рубашке каретки, подключенной к водяному термостату. Растворы нагревают до температуры 35-95°C.
Герметичный бокс продувают инертным газом и производят осушку до остаточной влажности 0.01 ppm с помощью системы осушки.
С помощью персонального компьютера устанавливают расход пневматического дозатора, скорость вращения стального заземленного коллектора волокон, скорость перемещения каретки с растворами и капилляром вдоль оси коллектора и расстояние от капилляра до коллектора.
Напряжение к капилляру подают от высоковольтного источника с помощью высоковольтной шины.
После начала электроформования включают систему очистки от паров растворителя, настраивая ее так, чтобы влажность осаждаемых волокон была оптимальной, т.е. не происходило их полного слипания или полного пересыхания в межэлектродном пространстве, и при этом формировался волокнистый материал, оптимальной пористости и небольшим сцеплением волокон, обеспечивающим устойчивость к расплетанию, вызываемому интенсивным газовыделением и переносом электролита в процессе электролиза.
После формирования материала достаточной толщины (от 0.1 до 5 мм), его оставляют на 10-20 минут на воздухе, при этом происходит частичный гидролиз изопропоксида титана и формирование частиц гидрофильного наполнителя - диоксида титана. Окончательный гидролиз проводят 3-5-кратным погружением в деионизованную воду, сопровождающийся вымыванием изопропилового спирта и окончательным формированием нетканой диафрагмы на основе волокон полисульфидсульфона с распределенными по поверхности и прочно удерживаемыми частицами диоксида титана.
Пример.
Полимер - полисульфидсульфон ММ 140.000. Растворитель - смесь тетрагидрофурана и диметилацетамида 2:3, соответственно. Концентрация полимера - 20 масс. %. Содержание изопропоксида титана в смеси тетрагидрофурана и диметилацетамида 2:3 с добавлением 1 масс. % полисульфидсульфона - максимальное, до начала расслаивания раствора. Рабочее напряжение - 16 кВ. Внутренний диаметр внутреннего канала капилляра - 0,41 мм. Внутренний диаметр внешнего канала капилляра - 0.91 мм. Расстояние от капилляра до коллектора - 15 см. Температура терморубашки - 45°C. Остаточное содержание влаги внутри реакционного бокса - до 0.01 ppm. Остаточное содержание паров растворителя внутри реакционного бокса - до 3 ppm. Скорость подачи раствора - 0,010 см3/мин. Скорость вращения барабанного коллектора - 12 об/мин. Скорость перемещения капилляров вдоль оси коллектора - 5 см/мин.
Средний оптический диаметр волокон - 220-250 нм. Толщина диафрагменного материала 1 мм. Содержание диоксида титана в диафрагменном материале 10 масс. %. Суммарная пористость 0.650 (контактно-эталонная порометрия). Удельная электропроводность - 2.97·10-1 Ом-1·см-1 в 6М КОН при 80°C. Устойчивость к перепадам давлений в анодной и катодной камерах электролизера - до 0.12 МПа.
Claims (2)
1. Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды с щелочным электролитом путем электроформования волокон, отличающийся тем, что электроформование волокон полимера осуществляют одновременно с обработкой их поверхности раствором прекурсора гидрофильного наполнителя посредством применения коаксиального капилляра, при этом электроформование волокон из растворов полимера и прекурсора гидрофильного наполнителя проводят в атмосфере герметичного бокса с остаточной влажностью 0.01 ppm и содержанием паров растворителя, коррелирующим с составом раствора полимера, затем производят гидролиз прекурсора, сопровождающийся образованием частиц гидрофильного наполнителя, удерживаемого поверхностью волокон.
2. Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды с щелочным электролитом по п. 1, отличающийся тем, что электроформование проводят с нагретыми растворами полимера и прекурсора гидрофильного наполнителя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013155540/05A RU2565319C2 (ru) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013155540/05A RU2565319C2 (ru) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013155540A RU2013155540A (ru) | 2015-06-20 |
| RU2565319C2 true RU2565319C2 (ru) | 2015-10-20 |
Family
ID=53433589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013155540/05A RU2565319C2 (ru) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2565319C2 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU904529A3 (ru) * | 1975-04-29 | 1982-02-07 | Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани (Фирма) | Способ получени катионопроницаемого разделител |
| WO1990013593A1 (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-15 | W.L. Gore & Associates, Inc. | A composite, porous diaphragm |
| RU2154655C2 (ru) * | 1995-09-22 | 2000-08-20 | Нэшнл Пауэр ПЛК | Способ получения модифицированной катионообменной мембраны |
| RU2322460C1 (ru) * | 2006-12-07 | 2008-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Способ изготовления мембраны для электролитического разложения воды |
| EP1479714B1 (en) * | 2003-05-21 | 2010-12-22 | JSR Corporation | Membrane-electrode assembly for direct methanol type fuel cell and proton conductive membrane |
| EP1858032B1 (en) * | 2005-02-15 | 2013-06-05 | Toray Industries, Inc. | Method for producing polymer molded article |
-
2013
- 2013-12-13 RU RU2013155540/05A patent/RU2565319C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU904529A3 (ru) * | 1975-04-29 | 1982-02-07 | Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани (Фирма) | Способ получени катионопроницаемого разделител |
| WO1990013593A1 (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-15 | W.L. Gore & Associates, Inc. | A composite, porous diaphragm |
| RU2154655C2 (ru) * | 1995-09-22 | 2000-08-20 | Нэшнл Пауэр ПЛК | Способ получения модифицированной катионообменной мембраны |
| EP1479714B1 (en) * | 2003-05-21 | 2010-12-22 | JSR Corporation | Membrane-electrode assembly for direct methanol type fuel cell and proton conductive membrane |
| EP1858032B1 (en) * | 2005-02-15 | 2013-06-05 | Toray Industries, Inc. | Method for producing polymer molded article |
| RU2322460C1 (ru) * | 2006-12-07 | 2008-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Способ изготовления мембраны для электролитического разложения воды |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013155540A (ru) | 2015-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104157815B (zh) | 一种细菌纤维素多孔薄膜及其制备方法 | |
| US20190260012A1 (en) | Method for preparing boron-doped porous carbon sphere | |
| KR101376362B1 (ko) | 연료전지용 고분자 전해질막 및 그 제조방법 | |
| WO2019029191A1 (zh) | 一种褶皱的石墨烯纤维和石墨烯纤维无纺布及其制备方法 | |
| US20120231355A1 (en) | Polymer electrolyte membrane for a fuel cell, and method for preparing same | |
| CN106098413B (zh) | 一种柔性超级电容器电极材料的制备方法 | |
| KR20110021217A (ko) | 연료전지용 고분자 전해질막 및 그 제조방법 | |
| CN109437147B (zh) | 一种多功能碳泡沫的制备方法 | |
| WO2014111053A1 (zh) | 水电解槽用隔膜布及其制造方法 | |
| CN106450115B (zh) | 无机包覆细菌纤维素多孔薄膜及其制备方法 | |
| JP2012087409A (ja) | 酸素消費電極およびその製造方法 | |
| CN104428243A (zh) | 使用了催化剂的碳材料的制造方法以及碳材料 | |
| CN108286054B (zh) | 一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜和应用方法 | |
| CN108630453A (zh) | 一步法制备类石墨烯碳纳米片材料的方法及其用途 | |
| Wu et al. | Enhancement of interfacial bioelectrocatalysis in Shewanella microbial fuel cells by a hierarchical porous carbon–silica composite derived from distiller's grains | |
| CN111540913A (zh) | 高活性多级孔碳纳米纤维电极材料的制备方法及其在钒电池中的应用 | |
| Zhang et al. | Electrospun polyacrylonitrile/β-cyclodextrin based porous carbon nanofiber self-supporting electrode for capacitive deionization | |
| CN103726233B (zh) | 一种聚间苯二甲酰间苯二胺-聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备方法及其应用 | |
| RU2565319C2 (ru) | Способ изготовления диафрагменного материала для электролитического разложения воды | |
| MX2010006192A (es) | Separador para celdas electroliticas cloro-alcali y metdo para su manufactura. | |
| JP5432033B2 (ja) | 高分子電解質膜 | |
| CN112456476B (zh) | 一种快速制备石墨烯纤维气凝胶的方法 | |
| Huang et al. | Laser carbonization of lignin-based fiber membranes with heating treatment for flexible supercapacitors | |
| CN101964258A (zh) | 用于超级电容器电极的多孔成型木炭的制备方法 | |
| CN108987648A (zh) | 一种应用于锂硫电池中的正极功能性隔层的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181214 |