全氟磺酸离子交换纤维的制备及性能.TextMark

制备全氟磺酸离子交换膜的配方工艺研究
一、背景介绍
全氟磺酸离子交换膜具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性和抗化学性能，
重金属离子极易和它发生反应，有效的抑制重金属离子的对膜的污染，以
及高的分离效率，制备出的膜具有所有共价中和位点，所以在水质处理、
制氢反应催化剂制备、各类滤膜的制备中都具有很大的应用价值，值得深
入研究。

1、配方
在本文中，我们使用硅胶为基体，以全氟磺酸和水为活性成分配制全
氟磺酸离子交换膜的配方，具体配方如下：
硅胶：100g
全氟磺酸：8g
水：15g
2、工艺
(1)将用于制备全氟磺酸离子交换膜的硅胶放入搅拌机中，加入15g
的水，搅拌均匀，得到硅胶乳液；
(2)将全氟磺酸添加到硅胶乳液中，搅拌均匀，使全氟磺酸完全溶解，再将混合液均匀涂覆在模具表面，得到薄膜；
(3)将薄膜置于80℃左右的加热箱中，按照5h的时间加热，使其充
分热固化；
(4)当膜表面华凉归于室温时，即可得到所需的全氟磺酸离子交换膜。

三、总结
本文介绍了制备全氟磺酸离子交换膜的配方工艺，采用硅胶作为基体，以全氟磺酸和水为活性成分进行配制。

全氟磺酸阳离子交换膜
全氟磺酸阳离子交换膜（Perfluorosulfonic acid ion exchange membrane，简称Nafion膜）是一种常用于电化学和能源领域的离子交换膜材料。

它由全氟磺酸聚合物制成，具有出色的热稳定性、化学稳定性和离子传递性能。

Nafion膜的主要特点和优势包括：
1.高温稳定性：Nafion膜具有出色的耐高温性能，能够在高温环境下保持稳定的离子传输性能。

它可以耐受高达200℃的温度。

2.化学稳定性：Nafion膜在酸碱溶液和一些有机溶剂中都表现出较好的化学稳定性。

它不易被腐蚀和溶解，适用于各种化学环境条件下的应用。

3.离子选择性：Nafion膜具有较高的离子选择性。

它可以允许阳离子通过，同时阻止阴离子和大部分有机物质的穿透，从而实现离子的有效传输和分离。

4.水合能力和质子导电性：Nafion膜能够吸附水分子并形成连续的水通道，从而促进质子传导。

它是一种具有较高质子传导性能的材料，适用于质子交换膜燃料电池等应用。

5.机械强度和柔韧性：Nafion膜有着较高的机械强度和柔韧性，能够适应不同形状和尺寸的器件，并具有较好的耐用性和寿命。

Nafion膜广泛应用于燃料电池、电解水产氢、氯碱电解、电池、电解析、电液态无机膜等领域。

全氟磺酸离子膜
全氟磺酸离子膜是一种高性能的离子交换膜，具有优异的化学稳定性、热稳定性和机械强度。

它是由全氟磺酸树脂制成的，具有高度的离子选择性和通透性，可以用于电解质分离、电化学反应、电池和燃料电池等领域。

全氟磺酸离子膜的制备方法主要有两种：一种是通过聚合反应制备，另一种是通过膜法制备。

聚合反应制备方法是将全氟磺酸单体与交联剂在溶液中反应，形成交联聚合物，再通过溶剂蒸发或冻干等方法制备成膜。

膜法制备方法是将全氟磺酸树脂溶解在有机溶剂中，通过膜法将其制备成膜。

全氟磺酸离子膜具有很多优点，如高温下稳定性好、耐酸碱性强、耐氧化性好、耐腐蚀性强等。

它还具有优异的离子选择性和通透性，可以选择性地传递离子，从而实现离子分离和纯化。

此外，全氟磺酸离子膜还具有良好的机械强度和耐磨性，可以在恶劣的环境下长期使用。

全氟磺酸离子膜在电解质分离、电化学反应、电池和燃料电池等领域有广泛的应用。

在电解质分离方面，它可以用于酸碱分离、离子交换、离子浓缩等过程。

在电化学反应方面，它可以用于电解水制氢、电解水制氧、电解制氯等反应。

在电池和燃料电池方面，它可以用于制备电池隔膜和燃料电池膜。

全氟磺酸离子膜是一种高性能的离子交换膜，具有优异的化学稳定性、热稳定性和机械强度。

它在电解质分离、电化学反应、电池和燃料电池等领域有广泛的应用前景。

一种全氟磺酸质子交换膜的制备方法全氟磺酸质子交换膜是一种应用广泛的功能性膜材料，具有高温稳定性、耐酸碱性和优良的离子交换性能。

下面将介绍一种全氟磺酸质子交换膜的制备方法。

材料准备：1.高纯度的聚四氟乙烯膜（PTFE）作为基材2.氟硫磺酸（FSO3H）作为功能性单体3.甲基异丙酮（MIBK）和正戊醇为溶剂4.硫酸（H2SO4）和过氧化碳（COO）作为催化剂步骤1：基材表面处理将PTFE膜经过碱洗、酸洗、水洗和干燥等步骤，去除表面的杂质和污染物，并增加表面的粗糙度和亲水性。

步骤2：功能化单体的合成取一定量的FSO3H单体溶解在MIBK和正戊醇的混合溶剂中，经过适当的温度和时间反应，合成出目标功能性单体。

步骤3：功能单体的吸附将处理后的PTFE膜浸泡在功能性单体溶液中，保持一定的时间和温度，使得功能单体能够均匀地吸附在PTFE膜的表面。

步骤4：功能单体的聚合将吸附了功能单体的PTFE膜取出，并在适当的温度和时间下，使得功能单体能够进行聚合反应，形成交联网络结构。

步骤5：交联网络的稳定化将聚合反应后的膜放置在H2SO4和COO混合液中，使得交联网络更加稳定。

步骤6：后处理将稳定化后的膜用去离子水和酸洗液进行洗涤，去除残留的催化剂和未反应的单体。

最后，用去离子水进行冲洗和干燥处理，得到全氟磺酸质子交换膜。

这种全氟磺酸质子交换膜制备方法的优点是能够在较低的温度和压力下制备高性能的膜材料。

在制备过程中，可以通过控制各个步骤的工艺参数（如温度、时间）来调节膜的性能，并且能够根据需要进行批量生产。

该方法制备的全氟磺酸质子交换膜具有高离子交换能力、较低的电阻和较好的稳定性，可广泛应用于燃料电池、电解水技术等领域。

全氟磺酸-聚偏氟乙烯复合纳米纤维的制备与表征李芳冰;董哲勤;魏永明;许振良;杨虎【摘要】以全氟磺酸(PFSA)为聚合物主体,加入疏水聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)共混,通过静电纺丝制备了PFSA-PVDF复合纳米纤维.通过电导率、黏度、表面张力、动态光散射、扫描电镜以及差示扫描量热(DSC)等表征手段系统考察了共混体系中聚合物的配比对溶液性质及纤维膜的形态结构和性能的影响.结果表明:PVDF与PFSA之间具有较强烈的相互作用,导致纺丝溶液的黏度增加,从而有效提高溶液的可纺性.随着纺丝液中PVDF的含量提高,复合纤维的直径分布变得均匀.【期刊名称】《功能高分子学报》【年(卷),期】2015(028)003【总页数】6页(P331-336)【关键词】静电纺丝;全氟磺酸;纳米纤维;膜材料【作者】李芳冰;董哲勤;魏永明;许振良;杨虎【作者单位】华东理工大学化工学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化工学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化工学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化工学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化工学院,化学工程联合国家重点实验室,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8全氟磺酸（PFSA）离子交换树脂具有良好的化学稳定性和热稳定性，可作为异构化、酰化、醚化、酯化、烷基化等反应的催化剂，或者作为质子交换膜燃料电池应用于电动汽车等领域［1］。

然而PFSA价格昂贵，限制了其大规模的广泛应用。

常规使用的PFSA为致密膜结构，因此改变PFSA的形态结构可以提高PFSA的应用效率，拓展其应用领域方向。

静电纺丝法是目前制备纳米纤维的重要方法［2］。

但是由于PFSA特殊的两亲性分子结构，其分子间缺乏强烈的相互作用，导致电纺中很难形成稳定的纤维。

要克服这一问题，通常需要加入其他聚合物共混静电纺丝［3－4］。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911418351.3(22)申请日 2019.12.31(71)申请人 山东东岳未来氢能材料有限公司地址 256401 山东省淄博市桓台县唐山镇东岳氟硅材料产业园区(72)发明人 张永明　张恒　李晓　王丽　赵宽　(74)专利代理机构 青岛发思特专利商标代理有限公司 37212代理人 耿霞(51)Int.Cl.C25B 13/08(2006.01)C25B 13/02(2006.01)C25B 1/46(2006.01)C25B 1/14(2006.01)C25B 1/16(2006.01)C25B 1/22(2006.01)C08J 5/22(2006.01)(54)发明名称全氟磺酸离子交换膜及其制备方法(57)摘要本发明属于离子交换膜技术领域，具体涉及一种全氟磺酸离子交换膜及其制备方法，所述的全氟磺酸离子交换膜，包括全氟磺酸聚合物层，在所述全氟磺酸聚合物层表面涂布有功能表面涂层，所述的功能表面涂层由全氟聚合物组成且具有多孔粗糙结构。

本发明采用的功能表面涂层中不含金属氧化物，完全由具有离子交换能力的全氟聚合物组成，解决了因添加无机氧化物颗粒增加膜电阻的问题，通过功能表面涂层的多孔粗糙结构能够克服气泡粘附所带来的缺点，适合在新型高电流密度条件下的零极距电解槽中运行，可有效降低槽电压，降低能耗，具有十分优异的电化学性能以及长周期的性能稳定性；本发明提供的制备方法科学合理，易于工业化生产。

权利要求书1页 说明书6页CN 111188061 A 2020.05.22C N 111188061A1.一种全氟磺酸离子交换膜，其特征在于：包括全氟磺酸聚合物层，在所述全氟磺酸聚合物层表面涂布有功能表面涂层，所述的功能表面涂层由全氟聚合物组成且具有多孔粗糙结构。

2.根据权利要求1所述的全氟磺酸离子交换膜，其特征在于：所述的全氟磺酸聚合物层厚度为50-250μm，离子交换容量为0.6-1.5mmol/g。

制备全氟磺酸离子交换膜的配方工艺研究全氟磺酸离子交换膜是一种具有良好耐酸碱性、热稳定性和极低的离子电阻的膜材料。

由于其独特的性能，广泛应用于电解池、燃料电池、电解磁机等领域。

本文将介绍全氟磺酸离子交换膜的配方工艺研究。

全氟磺酸离子交换膜的制备过程主要分为材料选择、膜片制备和后处理三个步骤。

首先是材料选择。

全氟磺酸离子交换膜的主要成分是全氟磺化聚合物，常见的有Nafion、Flemion等。

这些材料具有优异的离子交换能力和高温稳定性。

同时，还需要选择适当的溶剂和助剂，以调节膜的结构和性能。

其次是膜片制备。

将全氟磺酸离子交换膜的材料溶解在适当的溶剂中，通过浸渍或涂覆的方式将材料涂敷在高温耐腐蚀的衬底上，形成薄膜。

膜的厚度可以通过控制溶液的浓度和施工工艺来控制。

在制备过程中，通常需要进行预处理，例如在膜片表面形成孔隙结构、去除溶剂等。

最后是后处理。

制备好的膜片需要进行后处理，以提高膜的性能。

一般来说，后处理包括热处理或化学处理。

热处理可以通过高温烧结、热压缩等方式进行，以增强膜的机械性能和离子交换性能。

化学处理可以通过酸碱处理、交联处理等方式进行，以提高膜的耐化学性能和稳定性。

在全氟磺酸离子交换膜的配方工艺研究中，需要考虑以下因素：1.膜材料的选择：根据应用需求选择合适的全氟磺化聚合物。

2.溶剂和助剂的选择：选择适合溶解材料的溶剂和助剂，以调节膜的性能。

3.材料浓度和施工工艺：通过调节材料浓度和施工工艺，控制膜的厚度和结构。

4.后处理工艺的选择：根据膜的要求选择合适的热处理或化学处理工艺。

在配方工艺研究中，可以通过控制不同因素的变量，如材料浓度、溶剂比例、热处理温度等，来优化膜的性能和制备工艺。

通过实验研究，可以得到最佳的配方和工艺参数。

综上所述，全氟磺酸离子交换膜的配方工艺研究是制备高性能离子交换膜的关键。

通过选择合适的材料、溶剂和助剂，并结合适当的膜片制备和后处理工艺，可以得到具有良好性能的全氟磺酸离子交换膜。

制备全氟磺酸离子交换膜的配方工艺研究全氟磺酸离子交换膜是一种高性能材料，具有极强的耐化学腐蚀性和耐高温性能，广泛应用于电解池、燃料电池、电池等领域。

本文主要研究全氟磺酸离子交换膜的制备配方工艺，以期实现膜材料的高效制备。

全氟磺酸离子交换膜主要由聚偏氟乙烯（PVDF）和全氟磺酸聚合物（Nafion）组成。

PVDF作为载体材料，可以增加膜的机械强度，而Nafion主要起到增强膜的电导率和离子交换性能的作用。

下面是制备全氟磺酸离子交换膜的配方工艺研究：1.原料准备将PVDF和Nafion按一定比例称取，通常PVDF与Nafion的质量比为4:1、同时，准备适量的溶剂。

2.溶解和混合将PVDF和Nafion放入一定量的溶剂中，使用磁力搅拌器将其溶解和混合均匀。

溶液应保持适当的浓度，通常为10 wt%。

3.去气和过滤通过超声波处理获得的溶液，以去除其中的气泡。

随后，使用滤纸或微孔膜过滤液体，以去除其中的杂质。

4.涂布将经过去气和过滤的溶液均匀涂布到无纺布或玻璃片等基材上。

可以使用手动或自动涂布机来实现均匀涂布。

涂覆后应将其干燥，以去除溶剂。

5.热处理将涂布和干燥后的膜样品置于恒温器中，并按照一定的温度和时间进行热处理。

通常，热处理温度为100-200°C，时间为20-60分钟。

热处理有利于提高膜的结晶度和机械强度。

6.脱模和后处理将热处理后的膜样品放入适当的溶剂中，进行脱模。

随后，对膜进行水洗和干燥，以去除残留溶剂和杂质。

以上是制备全氟磺酸离子交换膜的配方工艺研究。

在实际应用中，可以根据需要对配方进行调整，以获得更加适合特定应用场景的膜材料。

需要注意的是，在制备过程中要注意安全操作，避免接触溶剂和高温材料，以防止事故发生。

上海交通大学硕士学位论文全氟磺酸离子交换膜的制备与性能研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：高分子化学与物理指导教师：刘燕刚;张永明20050101全氟磺酸离子交换膜的制备与性能研究摘　要本文使用四氟乙烯合成了一系列交换容量不同全氟磺酸树脂采用溶液浇铸的方法制得了单层全氟磺酸离子交换膜和双IEC值膜层的全氟磺酸溶合膜PSAIMµç»¯Ñ§ÐÔÄÜÒÔ¼°»¯Ñ§Îȶ¨ÐÔTGA测试结果表明PSAIM膜中存在微观相分离,该膜具有三个热转变温度离子簇区和结晶区不同的成膜温度和溶剂对离子膜的力学性能影响较大使用溶剂参数较大的溶剂得到的膜的强度高提高成膜温度有利于制成高强度膜侧链的密度增大结晶的完善程度降低而且离子簇的衍射强度升高与之相对应溶胀度和膜电导率增大SEM研究表明溶合膜不存在明显的物理界面过渡层首次用溶合的方法制备出双层离子交换膜结果表明两种IEC值相差较大的膜相互溶合时溶胀度性能介于两种单层膜之间含水率而选择透过度比单层膜都小这是因为溶合产生新的过渡层影响了结晶和离子簇的形成全氟磺酸树脂溶合膜性能ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ　ＡＮＤ　ＳＴＵＤＹ　ＯＦ　ＰＥＲＦＬＵＯＲＯＳＵＬＦＯＮＩＣＡＣＩＤ　ＩＯＮ　ＥＸＣＨＡＮＧＥ　ＭＥＭＢＲＡＮＥ　（ＰＳＡＩＭ）ＡＢＳＴＴＲＡＣＴA series of Perfluorosulfonated resin of different IEC was synthesized in lab via copolymerization of tetrafluoroethylene, perfluorosulfonated and perfluoro [2-(2-fluorosulfonylethoxy) propyl vinyl ether]. After that, kinds of perfluorosulfonic acid solution were made with different solvent. Then single-layer perfluosulfonic acid ionic membranes (PSAIM) and layer-cast membranes were made through solution-cast method.PSAIMs show excellent mechanical, electrochemical and chemical-resistant properties, which are comparable to that of Nafion® NR-112. Analysis of TGA shows the membrane has excellent thermo-stability, i.e. the decomposition temperature ups to ~400ºC. The DSC plot shows three transition temperatures that are respond to the amorphous region, ionic clusters and the crystallization phase respectively. Temperature and solvent have good influence of mechanical properties of the membranes. The higher temperature and the solvent with larger solubility parameter result in the better mechanical properties of the membranes.With the increase of the IEC, the density of the pedants of the molecules increases. Then the degree of the crystallinity in the PSAIMdecreases and the perfection of the crystal becomes low. Simultaneously, the proportion of the amorphous region becomes high, and the intensity of the reflection of XRD increases. Consequently, the water content, linear expansion and conductivities of single-layer membranes increase, and permselectivity and stress strength decrease.The result of SEM shows that thermopressed bi-layer PSAIM has obvious physical interface. But bi-layer-cast PSAIM (B-PSAIM) has no such interface, which indicates that the two layers combine at the molecular level.The B-PSAIM has new features that the single-layer PSAIM has not. When the combined membrane is made from two membranes with greatly different IEC, many properties such as water content, linear expansion, permselectivity, and stress strength are more influenced by the layer with higher IEC. When the two layers have the similar IEC, the water content, the linear expansion and the conductivity of the combined membrane are higher than those of the single ones, but the permselectivity is lower. It is because that the combination changed the even structure of the main part of the PSAIM and greatly influenced the formation of the crystal and the clusters.KEY WORDS:perfluorosulfonated resin, ionic exchange membrane, layer-cast membrane, preparation, propertyⅢ＃口上海交通大学学位论文原创性声明水＾ⅫｉＪ“月：Ｍ‘１女∞｛＆＊女，Ｍ￥＾＆＊㈨∞指ＨＦⅫ女ｍ行＂ＲＩ”＊Ｈ褂∞ｍ＊。