[发明专利]一种高耐碱稳定性咪唑类离子液体及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种咪唑类离子液体以及基于咪唑类离子液体的阴离子交换聚合物膜。

背景技术

阴离子交换膜在水处理、湿法冶金、化学分离以及碱性燃料电池等工业领域都具有广泛的应用。传统的聚合物阴离子交换膜常用的制备方法是将已商品化的聚合物进行氯甲基化，然后进行季铵化和阴离子交换等反应。其中在氯甲基化过程中会用到剧毒致癌物质氯甲醚，这对环境和人体都有很大的危害。并且传统的聚合物阴离子交换膜的热稳定性和化学稳定性都较低，在高温或者碱性条件下，聚合物中的季铵基团很容易发生降解，导致离子交换容量下降，从而导电性能会大大下降，进而导致碱性燃料电池性能下降。

中国发明专利CN101844042A公开了一种基于离子液体的阴离子交换膜的制备方法：在反应器中加入咪唑型离子液体、丙烯酸酯类单体、溶剂、引发剂，通过加热聚合、分离得到聚合物，将得到的聚合物通过相转化法成膜，得到阴离子交换膜。该方法避免了传统阴离子交换膜制备过程中剧毒物质氯甲醚的使用，使得制备过程更简单安全。制备得到具有较高电导率的基于离子液体的阴离子交换膜。但是该发明并没有用研究基于离子液体阴离子交换膜的耐碱稳定性，特别是在高温强碱条件下的耐碱稳定性。参考文献Mingli,Guo et al, Journal of Membrane Science, 2011,97-104报道了基于咪唑型离子液体的阴离子交换膜在80℃ 6M KOH 溶液中浸泡120小时电导率下降17.4%，在碱性条件下也会降解。

中国发明专利申请CN102050911A公开了一种新型的基于离子液体可用于碱性燃料电池的聚合物阴离子交换膜，采用原位聚合的方法制备了聚合物阴离子交换膜，制备过程简单，不仅避免来了氯甲醚的使用，还避免了有机溶剂的使用，膜的厚度易于调控，通过引入交联剂二乙烯基苯来调节阴离子交换膜的吸水率和溶胀度，提高聚合物阴离子膜的机械性能。60℃下浸泡在1M KOH溶液中120小时仍然能够保持原有的电导率，有较好的耐碱性。

但是，根据文献Yossef A. Elabd et al, Macromolecules, 2011, 44 (21), pp 8494–8503可见，上述专利文献中报道的基于咪唑离子液体（咪唑环2位不含有取代基团）的阴离子交换膜，它在更苛刻条件下会被亲核试剂进攻发生开环降解反应，导致碱性阴离子聚合物膜的性能下降。因此，基于咪唑类离子液体的阴离子交换膜耐碱性仍然有待提高。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种具有卓越耐碱性的咪唑类离子液体；本发明的另一发明目的是提供一种基于咪唑类离子液体的阴离子交换膜，提高阴离子交换膜的耐碱稳定性，克服目前所报道的基于咪唑类离子液体的阴离子子交换膜耐碱性不够好的难题。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种高耐碱稳定性聚合型咪唑类离子液体，化学结构如下：

其中m为0～8的整数，n为0～6的整数，-R为中的一种，X选自I、Br、Cl中的一种。

本发明同时请求保护上述咪唑类离子液体在制备阴离子交换聚合物膜中的应用。

阴离子交换聚合物膜的制备包括下列步骤：

(1)将单体、咪唑类离子液体、交联剂、引发剂以重量比为20～90：80～10：2～12：1～6混合，将混合液在超声波震荡下混合均匀，进行原位聚合制备聚合物阴离子交换膜；

(2)将制备的阴离子交换膜浸泡在碱液中进行阴离子交换；

其中，所述单体选自丙烯腈、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基丙烯腈中的一种或几种；所述碱液为氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液，碱液的温度为50～80℃。

上述技术方案中，所述引发剂为、、、中的一种。

所述原位聚合的引发方式为加热、紫外光照或者γ射线引发。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明将咪唑环2位进行取代，获得一种新的咪唑类离子液体，具备更好的耐碱稳定性，应用该咪唑类离子液体大大提高了碱性阴离子交换膜的耐碱稳定性。

2．本发明采用简单的阴离子交换的方法制备碱性阴离子交换膜，制备过程简单，避免了传统季铵盐型阴离子膜制备过程中致癌物质氯甲醚的使用，并且不需要使用有机溶剂，制备过程相对简单安全。

3．本发明设计的聚合物阴离子交换膜原料便宜，成本低，环境友好。

4．本发明获得的阴离子交换膜可以应用在碱性燃料电池领域。

附图说明