[发明专利]一种基于单体原位聚合的均相阴离子交换膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于膜技术领域，特别涉及阴离子交换膜及其原位聚合无溶剂化制备方法。

背景技术

阴离子交换膜是膜电解、电渗析、压差渗析和燃料电池等技术的关键部件，被广泛应用于冶金、化工、生物和能源等方面。因此对它的开发与改进越来越受到人们的关注。

荷兰《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science，2008，321，299-308)介绍了将对氯甲基苯乙烯单体和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷在甲苯里用偶氮二异丁腈作为引发剂进行共聚，再加入小分子硅烷偶联剂和水反应后得到铸膜液，涂覆在无纺布上，室温蒸发溶剂后再加热进一步处理，可得到阴离子交换膜。但采用这种方法制膜需要加入大量甲苯作为溶剂，且反应后的甲苯采取在室温下直接蒸发，这样一方面会造成资源的浪费，另一方面会造成严重的环境污染；同时，膜的主体结构中存在着有机相和无机相分离的问题，这种非均相的结构造成膜的导电性较差，OH^-电导率最高值仅为4.33*10^-4Scm^-1，从而限制了这种膜的进一步利用。

荷兰《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science，2003，221，2298-231)报道了一种阴离子交换膜的制备方法，先配制含有苯乙烯、氯甲基化苯乙烯、二乙烯基苯和过氧化苯甲酰的溶液，再将聚乙烯薄膜浸入该溶液中，取出后的聚乙烯薄膜用紫外光辐照聚合得到基膜，最后将该基膜浸泡在三甲胺溶液中进行季铵化，得到阴离子交换膜。这种阴离子交换膜制备方法的过程较繁琐，同时聚乙烯膜本身的结构会因浸渍吸收的单体在其内部聚合的过程中遭到破坏而导致基膜的机械强度不足，影响了该阴膜的进一步的应用。

中国专利申请号200810020560.8报道了一种阴离子交换膜的制备方法，将氯甲基化苯乙烯、苯乙烯或/和烷基苯乙烯和二乙烯基苯混合形成混合溶液，将高聚物溴甲基化聚(1，4-二甲基2，6苯撑氧)或氯乙酰化聚(1，4-二甲基2，6苯撑氧)溶解在混合溶液中，再加入引发剂过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈形成铸膜液，将此铸膜液涂覆在增强织物上，热引发聚合形成基膜。再将基膜浸泡在三甲胺水溶液中进行季铵化反应。采用这种方法制备的膜，由于溴甲基化聚(1，4-二甲基2，6苯撑氧)和氯乙酰化聚(1，4-二甲基2，6苯撑氧)中分别存在溴甲基和氯甲基，这两种基团在自由基聚合过程中存在链转移的副反应，从而需要加入大量的引发剂才能保证引发完全；另外，由于这种链转移反应的存在，导致聚合过程中局部聚合不充分，从而使得膜的局部形貌不均，同时也降低了膜的机械性能，使得膜脆而易碎。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于单体原位聚合的均相阴离子交换膜及其制备方法，以克服现有技术的上述缺陷，为阴离子交换膜的制备提供一种无溶剂的绿色途径。

本发明的基于单体原位聚合的均相阴离子交换膜，由高分子共聚物、高分子增强剂和增强织物组成；其特征在于：所述高分子共聚物为氯甲基化苯乙烯和二乙烯基苯共聚物；所述高分子增强剂为酚酞基聚醚酮；所述增强织物为聚乙烯布、聚丙烯布、锦纶布、涤纶布或尼龙布；该阴离子交换膜中高分子增强剂与高分子共聚物的质量比为1∶2-8，膜的含水量为2.1-91.0％，离子交换含量为0.11-2.06mmol.g^-1，膜的机械强度为50-60MPa，膜的OH^-电导为0.002-0.027S cm^-1。

本发明的基于单体原位聚合的均相阴离子交换膜的制备方法，其特征在于：在每4ml氯甲基苯乙烯单体中加入0.08-0.80ml交联剂二乙烯基苯，混合形成均匀溶液，再将0.5-2g高分子增强剂酚酞基聚醚酮溶解在上述混合溶液中，加入0.04-0.20g引发剂过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈，混合均匀后，形成铸膜液；将该铸膜液均匀涂覆在增强织物上后，在70-130℃加热6-48小时进行热引发原位聚合，得到基膜；将该基膜浸泡在三甲胺质量分数为10-40％的水溶液中季铵化6-48h，取出后用去离子水洗涤，再放置在空气中室温自然干燥，即得到阴离子交换膜；

所述高分子增强剂酚酞基聚醚酮，其结构为：

所述增强织物选自聚乙烯布、聚丙烯布、锦纶布、涤纶布或尼龙布。