[发明专利]一种共混交联型阴离子交换膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种阴离子交换膜，具体来说是一种共混交联型阴离 子交换膜的制备方法。

背景技术

近年来，各种能源问题和环境问题不断出现，引发了各个国家对此的深刻反思。而 目前，人类所使用的能源，绝大部分是石油、煤炭等不可再生资源，但这些现有的能源不仅 已经无法保障人类社会可持续发展的要求，还带来一系列的环境问题，所以迫切需要发展 清洁能源技术。

燃料电池具有清洁、高效、安静等特点，可以真正做到零污染，在电动汽车、分布式 发电站和移动电源灯领域有着广泛的应用前景。近年来碱性阴离子交换膜燃料电池倍受关 注，这是因为相比于质子交换膜燃料电池，碱性阴离子交换膜电池有以下优点：可以使用廉 价的镍、银等金属代替昂贵的铂催化剂，在碱性条件下燃料（如甲醇）的氧化速率和氧气的 还原速率都很快，燃料透过率低，水的管理更容易。阴离子交换膜是碱性燃料电池的核心部 件之一，开发成本低廉、氢氧根电导率高、溶胀率低、力学强度高和化学稳定性优异的阴离 子交换膜对碱性燃料电池技术的广泛应用具有重要意义。

目前，商业化碱性阴离子交换膜主要是季铵化聚苯乙烯衍生物。然而，这种阴离子 交换膜存在力学性能差、季铵基团易降解等缺陷，从而影响燃料电池的使用寿命。文献 （Macromolecules2010,43,2657-2659）报道了以一种聚醚砜酮为母体聚合物，以氯甲醚 为氯甲基化试剂，先对聚醚砜酮进行氯甲基化，再与三甲胺反应制备阴离子交换膜的方法， 由于聚醚砜酮主链在碱性条件下的稳定性很差，氯甲醚具有强致癌性，且氯甲基化反应过 程中易发生凝胶，这种方法难以获得广泛应用。文献（JournalofMembraneScience 2012,390-391,152-159）报道了一种聚苯并咪唑接枝季铵吗啉阴离子交换膜，这种膜的 主链结构具有优异的耐碱性，但其季铵吗啉基团的化学稳定性很差，难以满足燃料电池长 寿命的要求。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种共混交联型阴离子交换膜的 制备方法，所述的这种共混交联型阴离子交换膜的制备方法解决了现有技术中燃料电池的 使用的阴离子交换膜化学稳定性差，影响燃料电池寿命的技术问题。

本发明提供了一种共混交联型阴离子交换膜的制备方法，其特征在于包括以下步 骤：

1)在一个反应容器中，分别加入引发剂、甲苯和乙烯基咪唑，其中甲苯和乙烯基咪唑的 体积比为0.5-2:1，所述的引发剂和甲苯的质量体积比为1g:100~200ml，充分搅拌后，通惰 性气体并升温至40-80℃，反应4-20小时后停止加热，抽滤，将固体用有机溶剂洗涤，然后于 真空烘箱中烘干，得到聚乙烯基咪唑；

2)在第二个反应容器中，加入聚乙烯基咪唑和二甲基亚砜，通惰性气体，聚乙烯基咪唑 和二甲基亚砜的质量比是0.01-0.2:1，待聚乙烯基咪唑完全溶解后，冷却至室温，加入苄基 溴，其中苄基溴和聚乙烯基咪唑的摩尔比保持在（0.5:1）~（10:1），升温至50-100℃，反应5- 20小时，反应结束后，将产物沉析在不良溶剂中，除去未反应的苄基溴后，放置在真空烘箱 中烘干，得到溴化聚乙烯基苄基咪唑鎓盐；

3)在第三个反应容器中，分别加入含侧氨基聚苯并咪唑和二甲基亚砜，其中含侧氨基 聚苯并咪唑和二甲基亚砜的质量比为0.01-0.2：1，通惰性气体，升温至50-100℃，待含侧氨 基聚苯并咪唑完全溶解后，冷却至室温，加入事先在二甲基亚砜中溶解好的溴化聚乙烯基 苄基咪唑鎓盐，其中，溴化聚乙烯基苄基咪唑鎓盐与二甲基亚砜的质量比为0.01-0.2:1；溴 化聚乙烯基苄基咪唑鎓盐与含侧氨基聚苯并咪唑的质量比为0.1：0.9-0.9:0.1，并加入环 氧交联剂，其中，环氧交联剂与含侧氨基聚苯并咪唑的质量比为0.05-0.2:1；搅拌均匀后， 将聚合物溶液过滤，并进行脱泡处理，然后浇铸在平整洁净的玻璃板上，放置于涂膜烘箱 中，50-140℃下干燥1-24小时，再于真空烘箱中80-150℃干燥1-24小时，得到溴化聚乙烯基 苄基咪唑鎓盐/聚苯并咪唑共混交联阴离子交换膜；

4)将上述制备的溴化聚乙烯基苄基咪唑鎓盐/聚苯并咪唑共混交联阴离子交换膜浸泡 在0.01-10mol/L的碱溶液里4-48小时，将膜取出，用去离子水洗至中性，即得到氢氧化聚乙 烯基苄基咪唑鎓盐/聚苯并咪唑共混交联阴离子交换膜。