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碱性水电解用聚砜隔膜的制备和研究

作　者: 尤岩
导　师: 许莉
学　校: 天津大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 相转化法聚砜隔膜碱性水电解
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 27次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章文献综述  8-21
  1.1 制氢技术  9-12
    1.1.1 矿物燃料制氢  9
    1.1.2 电解水制氢  9-10
    1.1.3 生物制氢  10-11
    1.1.4 太阳能制氢  11
    1.1.5 其它方法制氢  11-12
  1.2 碱性水电解制氢技术  12-18
    1.2.1 碱性水电解槽的原理及结构  12-15
    1.2.2 碱性水电解槽用隔膜  15-18
  1.3 隔膜的制备方法  18-19
    1.3.1 隔膜的基本制备方法  18
    1.3.2 相转化法制膜  18-19
  1.4 本课题的主要工作内容  19-21
    1.4.1 聚砜隔膜的制备和性能表征  20
    1.4.2 小型的工业电解实验  20-21
第二章实验方法及实验方案  21-30
  2.1 聚砜隔膜的制备  21-23
    2.1.1 实验试剂与仪器  21-22
    2.1.2 聚砜隔膜的制备  22-23
  2.2 聚砜隔膜性能的基本测试  23-27
    2.2.1 拉伸强度  23-24
    2.2.2 隔膜孔径的测量  24
    2.2.3 孔隙率的测量  24-25
    2.2.4 面电阻和电阻率的测量  25-26
    2.2.5 碱失量的测量  26
    2.2.6 聚砜隔膜的微观结构  26
    2.2.7 其它性能测试  26-27
  2.3 小型电解实验装置及流程  27-28
  2.4 实验方案  28-30
    2.4.1 适宜制膜工艺参数及铸膜液组成的确定  29
    2.4.2 小型工业电解实验  29-30
第三章聚砜隔膜  30-50
  3.1 制膜体系各组分的确定  30-32
    3.1.1 膜材料的选择  30-31
    3.1.2 溶剂/非溶剂的选择  31-32
    3.1.3 添加剂的选择  32
  3.2 制膜工艺条件的优化  32-39
    3.2.1 预蒸发时间的确定  32-36
    3.2.2 凝固浴温度的确定  36-39
  3.3 铸膜液各组分的含量对隔膜性能的影响  39-47
    3.3.1 聚砜的含量  39-41
    3.3.2 添加剂的含量  41-44
    3.3.3 氧化锆的添加量  44-47
  3.4 隔膜厚度对性能的影响  47-50
第四章小型电解实验  50-55
  4.1 槽电压  50-52
  4.2 气体纯度  52-53
  4.3 隔膜的稳定性  53-55
第五章结论  55-56
参考文献  56-61
致谢  61

碱性水电解用聚砜隔膜的制备和研究

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