：本发明涉及一种经nife-ldh水滑石改性的阴离子交换膜的制备方法及其在碱性电解液中电解水过程的应用，属于聚合物功能膜领域。
背景技术
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背景技术：
1、化石燃料的不断枯竭导致能源危机的迅速扩大，发展可再生和清洁能源成为优先选择。可再生能源(太阳能和风能)的间歇性需要高效率的能量载体。作为一种理想的能量载体，氢具有高能量密度(140mj kg-1)和可持续性等优点。电解水制氢由于其零碳排放和高效的特点而备受关注。近年来，太阳能光伏发电成本的降低为水电解制氢的大规模应用带来了机遇。电解制氢成本取决于电解性能、电解槽设计和电力成本。因此，电解与可持续能源的结合，显著提高了电解制氢的市场竞争力。
2、碱性溶液电解水(alkaline water electrolysis,awe)和质子/阴离子交换膜电解水(proton/anion exchange membrane water electrolysis,pemwe)是目前电解水的主要方式。目前发展最成熟的电解水制氢工艺是碱性溶液电解水技术，其具有操作简便的优势，已经实现了大规模商业化运用。然而，awe长期存在着由于电极与隔膜间隔较远，导致整个电解槽体积巨大，因此电解性能低，无法满足工业需求的问题。另外，碱性水溶液电解响应速度慢，使其与间断性可再生能源耦合困难；高浓度的碱性溶液为电解液对装备要求严苛，显著地增大了制氢设备成本。
3、质子交换膜电解水与传统碱性溶液电解水相比具有启停速度快，能量利用效率高、气体纯度高、绿色环保、能耗低、无碱液、体积小、安全可靠、可实现更高的产气压力等优势。但是，pemwe电解过程中产生的强酸性环境对电极及电极催化剂提出了较高的要求。pemwe只能使用贵金属催化剂(pt作为阴极催化剂，iro2作为阳极催化剂)，这导致pemwe的成本大幅上升，阻碍了质子交换膜电解水的大规模应用。
4、阴离子交换膜电解水(anion exchange membrane water electrolysis,aemwe)结合了awe低成本的优势和pemwe高效率和高便捷性的优势，是最新发展的电解水技术。阴离子交换膜电解可在碱性条件下使用非贵金属催化剂，显著地降低制氢成本。另外，阴离子交换膜电解水可使用纯水或低浓度碱性水溶液为电解液，缓解了强碱性溶液对设备的腐蚀。同时，阴离子交换膜电解水不需要使用昂贵的全氟磺酸膜，可以进一步降低材料成本。但是，目前aemwe仍处在发展阶段，仍然存在很多问题。主要包含为以下两点。
5、一，oh-电导率低。水溶液的氢离子结合形成水合氢离子，其电荷密度小，库仑力小，因此传质阻力也较小，而氢氧根离子相对电荷密度较大，库仑力大，传质阻力也更大。这导致水溶液中oh-的电迁移率要远低于h+，故碱性溶液体系内对oh-的电导率要远低于酸性溶液中对h+的电导率，使得aemwe的电解性能对于pemwe还有很大的差距。
6、二，耐碱稳定性差、力学性能差。aems材料通常通过用三甲胺将氯或溴甲基化聚合季胺化合成。季胺化反应后聚合物主链上接有带电的亲水离子基团，这些基团能够起到传递氢氧根离子的作用。但aemwe在工作过程中，膜表面形成的局部强碱性环境，使得其中的季铵盐基团在oh-的攻击下发生降解，由此引发的膜穿孔会造成电池短路，使得aemwe不能够长时间运行。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、本发明的目的是制备一种基于碱性环境下使用的阴离子交换膜，提高其电解性能。通过向铸膜液中掺杂剥离的nife-ldh纳米片，对faa-3系列阴离子交换膜进行改性，用于提高在该工作条件下aem对oh-的传导效率和膜的力学性能。制备的aem可应用于碱性电解水体系，其具有良好的电解性能和一定的稳定性。
2、nife-ldh阴离子交换膜制备包括以下几个步骤：
3、(1)将六水合硝酸镍(ni(no3)2·6h2o)和九水合硝酸铁(fe(no3)3·9h2o)溶解在去离子水中，通过磁力搅拌器搅拌至充分溶解，得到混合金属盐溶液待用；将尿素(co(nh2)2)和氟化铵(nh4f)加至上述所得溶液中继续搅拌至完全溶解；取上述搅拌均匀的溶液置于特氟龙内衬不锈钢高压反应釜中；将反应釜置于马弗炉中高温加热；
4、(2)将反应后的混合浆液倒入离心管内，置于离心机中离心，取出倒掉上层清液；向剩余浆料中添加去离子水，充分摇匀后，继续离心，重复两次；向上述水洗浆料中加入乙醇，继续离心，重复两次；将醇洗浆料置于烘箱中烘干；将烘干的结块nife-ldhs取出，研磨成粉末，得到花簇状nife-ldhs；
5、(3)将步骤(2)所得花簇状nife-ldhs粉末加入faa-3铸膜液中，充分搅拌得到混合溶液；
6、(4)将步骤(3)所得混合溶液置于超声细胞破碎机中，在冰浴中进行超声；将超声后的分散液置于磁力搅拌器上搅拌；
7、(5)重复步骤(4)3次，多次超声使得分散液中花簇状nife-ldhs剥离成片状nife-ldh；将最终所得混合溶液继续置于磁力搅拌器上继续搅拌。
8、(6)将步骤(5)中搅拌充分的铸膜液滴加到玻璃板上，铺展均匀后放入烘箱中，利用流延法制备阴离子交换膜。
9、(7)将制备的阴离子交换膜浸泡于氯化钾溶液中。
10、(8)将(7)中浸泡了氯化钾溶液的阴离子交换膜取出后浸泡于氢氧化钾溶液中。
11、本发明步骤(1)六水合硝酸镍(ni(no3)2·6h2o)和九水合硝酸铁(fe(no3)3·9h2o)的摩尔比为8：3；每100ml溶剂对应加入的六水合硝酸镍摩尔量为4mmol、九水合硝酸铁为1.5mmol、尿素为12mmol、氟化铵为11mmol；马弗炉加热温度为120℃，加热时间为12h；100ml的反应釜中对应的溶液体积为50ml。
12、步骤(2)中离心机的转速为8000rpm，运行时间为10min；水洗部分采用去离子水为溶剂，醇洗部分采用无水乙醇为溶剂；烘箱温度为60℃，烘干时间为24h；
13、步骤(3)加入的faa-3溶液质量分数是10％，溶剂为n-甲基吡咯烷酮(nmp)；花簇状nife-ldhs在最终铸膜液中的浓度为0.5wt％-2wt％。
14、步骤(4)中超声细胞破碎机运行功率为200w，运行时间为30min；磁力搅拌器搅拌运行时间为30min；
15、步骤(5)中将分散液置于磁力搅拌器上继续搅拌时间为8h；
16、步骤(6)中烘箱温度为60℃，加热时间为24h；
17、步骤(7)中浸泡的氯化钾溶液浓度为1m，浸泡时间为3天，浸泡温度为常温；
18、步骤(8)中浸泡的氢氧化钾溶液浓度为1m，浸泡时间为1天，浸泡温度为常温。
19、本发明的技术原理：
20、本发明通过水热法合成nife-ldhs，并将其掺杂进阴离子交换膜铸膜液中对膜进行改性。利用层状双金属氢氧化物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。向faa-3铸膜液中掺杂的nife-ldhs增大了氢氧根离子在ldh通道中的快速传输，减小了传输阻力，其原理可归因于羟基、层间阴离子、氢氧根离子之间的相互作用，ldh通道中的强氢键网络促进了氢氧根离子的有效传导。最终实现了膜电解性能的提升。此外，加入的nife-ldhs还能够有效提升膜的力学性能，进而提升膜的稳定性。
1.一种经nife-ldh改性的阴离子交换膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)六水合硝酸镍(ni(no3)2·6h2o)和九水合硝酸铁(fe(no3)3·9h2o)的摩尔比为8：3；每100ml溶剂对应加入的六水合硝酸镍摩尔量为4mmol、九水合硝酸铁为1.5mmol、尿素为12mmol、氟化铵为11mmol；马弗炉加热温度为120℃，加热时间为12h；100ml的反应釜中对应的溶液体积为50ml。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中离心机的转速为8000rpm，运行时间为10min；水洗部分采用去离子水为溶剂，醇洗部分采用无水乙醇为溶剂；烘箱温度为60℃，烘干时间为24h。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)加入的faa-3溶液质量分数是10％，溶剂为n-甲基吡咯烷酮(nmp)；花簇状nife-ldhs在最终铸膜液中的浓度为0.5wt％-1.5wt％。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中超声细胞破碎机运行功率为200w，运行时间为30min；磁力搅拌器搅拌运行时间为30min。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中将分散液置于磁力搅拌器上继续搅拌时间为8h；步骤(6)中烘箱温度为60℃，加热时间为24h。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(7)中浸泡的氯化钾溶液浓度为1m，浸泡时间为3天，浸泡温度为常温。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(8)中浸泡的氢氧化钾溶液浓度为1m，浸泡时间为1天，浸泡温度为常温。
9.按照权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的经nife-ldh改性的阴离子交换膜。
10.按照权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的经nife-ldh改性的阴离子交换膜的应用，用于碱性电解水体系。
