[其他]電解池的改型離子滲透隔膜

無效

• 申請號: 87100195
• 申請日: 1987-01-08
• 公開（公告）號: CN87100195A
• 公開（公告）日: 1987-10-07
• 發明（設計）人: 簡-巴普蒂斯特·雨果·范登
• 申請（專利權）人: 氫系統公司
• 主分類號: C25B13/04
• 分類號: C25B13/04
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 楊鋼

本發明涉及一種新的和改型的電解池隔膜及其制造方法。

本發明尤其是涉及包含織造有機織物的離子滲透隔膜，該有機織物埋置在由粒狀親水材料和有機聚合物粘合劑組成的薄膜形成混合物中。與目前使用的隔膜相比，本發明的隔膜具有下文將詳細解釋的明顯優點。

在有關電化學池的文獻中，經常根據離子滲過間壁的機理來區分隔膜（diophragms）和薄膜（membranes）。離子滲過隔膜是指受擴散控制的，而離子滲過薄膜則為根據離子交換機理來進行的。但是，在許多情況中，實際上是二種機理都涉及到。在本說明書和權利要求書的全文中，所用“隔膜”一詞是包括了電化學池的受擴散控制的和受離子交換控制的二種間壁。

在過去幾年中，離子滲透隔膜在電化學池中的應用已日益增加。它們的作用主要是將電化學池的二個電極分開，使離子保持最佳的電導性，并同時防止在兩極表面上形成的反應產物（通常是氣態產物）互相混合，例如，在電解水時，防止在負極上放出的氫氣與正極上放出的氧氣互相混合。顯然，為了制備純凈的氫氣和氧氣，必須防止它們互相混合，而絲毫也不是為了防止形成高爆炸性的氣體混合物。

為了有效地和安全地操作電化學池，所以最重要的是，在電化學池中安裝一種隔膜，它在操作條件下是耐用的和惰性的，并同時具有良好的離子電導率和氣態反應產物實際上是不可滲透的。過去，曾嘗試和實際應用了各種不同的隔膜。但是到目前為止，沒有一種隔膜是完全令人滿意的，因為它們都有各種不同的缺點，這些缺點通常是所使用的材料的本性和在具體情況下所使用的隔膜的結構和（或）形態所固有的。多年來，最廣泛使用的是石棉隔膜。它們的最重要缺點之一是它們在熱堿性水溶液環境中，會膨脹、變形、溶解并最終剝落。

因此，實際上電極之間的距離越大，就需要比在其他情況下更低的工作溫度，從而導致需要用較高的電壓和必然導致重大的能量損失。此外，近年來，石棉的使用已日益遭到激烈的反對，因為已證明它有害于健康。尤其是危脅著經常與它接觸的人們，例如，在生產或使用石棉產品的工廠中的工人。

所以，曾經做過各種的努力，試圖用更有效率的和危害性更小的材料來代替石棉。曾經廣泛試驗過的二種類型的材料-分別單獨地和以各種比例互相組合-是無機潤濕物質和有機聚合物。經常使用的無機潤濕劑是，例如，象鋯、鈦、銻等一類的化學性質穩定的金屬氧化物和氫氧化物。它們通常是完全惰性的，即使在極高的pH值和高溫條件下亦是完全惰性的。它們具有極好的潤濕性質。但是，問題是用這些材料來制造具有足夠機械阻力的多孔隔膜完全不是一件容易的事情。

實際上，按美國專利第3，490，953號所述方法制造的隔膜，例如熔結無機材料隔膜，一般是太脆了。而另一方面，多孔聚合物材料的片材則較軟和具有較高的機械損傷耐受性。遺憾的是，至今，它們的應用始終不是非常成功，這主要是由于所使用的聚合物材料具有疏水性。即使孔結構是合適的，電解質的溶劑化離子也不會順利地通過隔膜，從而在隔膜上導致巨大的電阻損耗和劇烈降低電解池性能。在逸出氣體的電化學池中，還發生氣泡粘附在隔膜表面上的問題，氣泡粘附在隔膜表面上可導致隔膜上出現“熱點”和隔膜降低質量。

已經提出來的解決降低聚合物疏水性質的措施之一是，將帶有可電離基團的親水鏈接枝在聚合物的主鏈上。接枝后，隔膜即在水溶液中膨脹并成為對離子是可滲透的。但是，這些隔膜對離子的阻力是隨著時間的增加而增加的，這主要是由于不斷失去可電離基團的結果。由于此種類型的隔膜-即均相聚合隔膜-的使用壽命短，所以沒有獲得廣泛的應用。包括有機或無機性質的顆粒潤濕劑的復相隔膜，在這方面已證明是很成功的。摻入電解池隔膜的顆粒潤濕劑包括，例如，有機離子交換樹脂和象磷酸鋯、氧化鋯、氫氧化鋯、氧化銻、多銻酸一類的無機離子交換劑。

為了使無機材料隔膜具有較好的強度，已經研究出一些技術，將顆粒無機材料固著在織造或非織造基體的疏松結構中。關于在有機聚合片材中包括無機潤濕劑的各種不同的隔膜的說明，可在例如，下列參考文獻中找到：

英國專利第1，081，046號和1，503，915號以及歐洲專利申請第96，991號。

反過來，在有些文獻中也敘述了用聚合材料補強的無機織物組成的隔膜（例如，見美國專利第4，233，347號）。