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碱性水电解用新型复合隔膜的研究

作　者: 高海滨
导　师: 许莉
学　校: 天津大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 聚砜 氧化锆 相转化法 复合隔膜 碱性水电解
分类号: TQ116.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 39次
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内容摘要


在当前制氢工业生产中,碱性水电解技术是符合环保要求的成熟技术,但因能耗较高,其应用受到了限制。广泛应用于碱性水电解工业中的石棉隔膜的阻抗大、易于污染电解液,而且其生产过程还存在致癌危险。因此,迫切需要寻求新的隔膜材料以降低制氢成本。本文中采用浸没沉淀相转化法制备出新型聚砜(PSF)/氧化锆(ZrO2)复合隔膜。通过实验考察了PVP添加量、ZrO2添加量、预蒸发时间、凝固浴温度和液态膜厚度等因素对复合膜结构及性能的影响,并对铸膜液的配方和制膜工艺等进行了优化。结果表明应选取NMP-H2O作为溶剂/非溶剂体系;随着PVP添加量的增加,复合隔膜的面电阻先降低后升高,对隔膜阻气性能、强度和耐腐蚀性的影响较弱;随ZrO2添加量的增加,隔膜面电阻先增大后降低,拉伸强度和耐腐蚀性均变差,而对阻气性能的影响较弱;预蒸发时间从60s增大到90s时,面电阻明显增大,预蒸发时间对阻气性能、强度和耐腐蚀性的影响不大;随预凝固浴温度的升高,面电阻先上升后降低,隔膜阻气性能变差,强度和耐腐蚀性基本不变;随液态膜厚度的增加,面电阻明显增大,隔膜阻气性能、拉伸强度和耐腐蚀性的变化范围很小。经优化后的铸膜液的组成是以NMP为溶剂,PVP和PSF的添加量均为15wt%,ZrO2添加量为40wt%至50wt%。适宜的预蒸发时间和凝固浴温度分别为15s和15℃。依据经优化后的铸膜液配方和制膜工艺条件,以聚苯硫醚针刺毡作为支撑层,制备出带支撑复合隔膜。研究了针刺毡的规格对带支撑复合隔膜导电性能、阻气能力、强度以及耐腐蚀性等的影响,初步确定适宜的针刺毡规格并找出改进方向。为了评价所制备的复合隔膜及带支撑复合隔膜的实际可用性,进行了小型电解实验,考察了槽电压、产气纯度的变化情况。实验结果表明,使用这两种隔膜进行电解,产气纯度相当且均较高,带支撑复合隔膜的槽电压明显较大。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 文献综述  9-25
  1.1 制氢技术  9-12
    1.1.1 化石原料制氢  9-10
    1.1.2 电解水制氢  10-11
    1.1.3 生物制氢技术  11
    1.1.4 太阳能制氢技术  11-12
  1.2 碱性水电解制氢原理及其影响因素  12-19
    1.2.1 碱性水电解制氢原理  12-14
    1.2.2 电极  14-15
    1.2.3 隔膜  15-19
  1.3 相转化方法制备微孔膜  19-23
    1.3.1 聚合物选择  19-20
    1.3.2 溶剂/非溶剂体系  20
    1.3.3 凝固浴温度  20-21
    1.3.4 添加剂  21-22
    1.3.5 预蒸发时间  22
    1.3.6 膜厚度  22-23
  1.4 本课题的主要工作内容  23-25
    1.4.1 聚砜/氧化锆复合隔膜的制备与性能表征  23
    1.4.2 带支撑的复合隔膜制备与性能表征  23
    1.4.3 小型工业电解实验  23-25
第二章 实验方法及实验方案  25-35
  2.1 聚砜/氧化锆复合隔膜的制备  25-27
    2.1.1 实验试剂与仪器  25-26
    2.1.2 聚砜/氧化锆复合隔膜的制备  26-27
  2.2 隔膜基本性能测试  27-31
    2.2.1 拉伸强度  27
    2.2.2 孔径  27-28
    2.2.3 孔隙率  28
    2.2.4 面电阻和电阻率  28-29
    2.2.5 碱失量  29-30
    2.2.6 复合隔膜的微观结构  30
    2.2.7 其他性能测试  30-31
  2.3 小型电解实验装置及流程  31-32
  2.4 实验方案  32-35
    2.4.1 复合隔膜的基本性能测试  33-34
    2.4.2 带支撑复合隔膜的基本性能测试  34
    2.4.3 小型电解实验  34-35
第三章 聚砜/氧化锆复合隔膜  35-57
  3.1 铸膜液组成对隔膜性能的影响  35-45
    3.1.1 溶剂/非溶剂体系的选择  36-37
    3.1.2 添加剂的含量  37-41
    3.1.3 氧化锆的添加量  41-45
  3.2 制膜工艺条件的优化  45-52
    3.2.1 预蒸发时间的确定  45-49
    3.2.2 凝固浴温度的确定  49-52
  3.3 隔膜厚度的影响  52-55
  3.4 本章小结  55-57
第四章 带支撑复合隔膜的制备及其基本性能  57-63
  4.1 带支撑复合隔膜的制备  57-58
    4.1.1 实验材料及仪器  57
    4.1.2 制备方法  57-58
  4.2 结果分析与讨论  58-61
    4.2.1 支撑层对隔膜孔径的影响  58-59
    4.2.2 支撑层对隔膜拉伸强度的影响  59-60
    4.2.3 支撑层对隔膜导电性能及亲水性能的影响  60-61
  4.3 本章小结  61-63
第五章 小型电解实验  63-66
  5.1 槽电压  63-64
  5.2 气体纯度  64
  5.3 隔膜稳定性  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章 结论  66-68
参考文献  68-74
发表论文和参加科研情况说明  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本无机化学工业 > 工业气体 > 氢气 > 电解水制氢
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