中国科大研制出低成本高性能双极膜

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2021-05-28

中国科学技术大学徐铜文教授和吴亮教授团队在低成本高性能双极膜开发及产业化方面取得突破进展,他们采用原位生长思路,研制出一种具有优异稳定性和水解离产酸碱能力的高性能双极膜。

该成果于1月4日在线发表于《自然·通讯》。

双极膜是一种新型离子交换膜,由阴阳膜层和中间水解离层组成,被认为是零排放技术的关键材料,在清洁生产、废物利用等领域有着广泛应用。 但由于国外技术封锁和价格垄断,国内双极膜产品处于批量试制阶段,大规模产业化仍面临两大难题:一是阴阳膜层由于膨胀系数不同,使用过程中容易分层;一是双极膜多采用小分子或者过渡金属离子,作为中间层催化剂,使用过程中催化剂易泄露失效。

针对第一个难题,研究团队开发了聚苯醚基材的阴阳膜层,解决了两层材料膨胀系数不同的问题。 针对第二个难题,研究团队先后制备出系列由亲水性高分子、明胶、超支化高分子、凹凸棒土等固载过渡金属离子的中间催化层结构。

但这些尝试用于规模制备时,双极膜的水解离压降偏高,催化层稳定性不能满足工业长期应用的需求。

为进一步提升双极膜水解离效率和中间层稳定性,研究团队采用原位生长思路,通过调控苯胺分子在阴阳膜层界面处原位锚定、聚合生长并包裹碱式氧化铁颗粒,构建稳定水解离中间层制备双极膜。 测试结果表明,该双极膜具有极低的水解离启动电压,表现出优异的稳定性和水解离产酸碱能力。

在此基础上,研究团队开发出具有自主知识产权的高性能双极膜材料及流延+催化层喷涂一次性成型制备技术,目前已建成中试生产线,规模化生产线正在建设中。 (通讯员桂运安记者汪乔)。