[发明专利]一种不含醚氧键型聚合物阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种不含醚氧键型聚合物阴离子交换膜及其制备方法，属于碱性阴离子交换膜技术领域。本发明首先合成了具有良好溶解性和稳定性的无醚氧键芳基聚合物，再直接以聚合物的胺基作为接枝位点对聚合物进行功能化接枝后获得膜材料并制膜。所制备的膜具有较好的碱稳定性和较高的离子传导率，可应用于碱性聚合物电解池中。

技术领域

本发明属于碱性阴离子交换膜技术领域，涉及到一种不含醚氧键离子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着全球对清洁高效能源需求的不断增长，氢气因其具有绿色、稳定、比能量高，可作为清洁能源的载体等特点受到了世界各国的广泛关注。碱性电解池作为电解水制氢技术的一种，相比于酸性电解池，碱性电解池因不需要使用贵金属催化剂(如Pt/C，IrO2等)，且在碱性条件下具有更快的析氧动力学，具有成本低、可大规模生产等优势，已成为目前的研究热点。

膜作为碱性电解池中的关键部件，其性能的好坏很大程度上决定着电池的性能。其作用主要有：隔绝阴阳两极、隔绝运行过程中产生的氢气和氧气、传递离子。目前，用于碱性电解池中的膜主要存在离子传导能力不足、碱稳定性差等问题。为了进一步提升碱性电解池的工作效率，膜的研究改进成为目前的工作热点。

针对上述问题，有研究者提出采用含醚氧键主链(如PSf、PPO等)为基材，以疏水长侧链将离子交换基团(如三甲胺、哌啶、咪唑等)分离进而促进在膜内形成微相分离结构，促进离子在膜内的传递。但此种类型的膜，因主链含有醚氧键，在碱性条件下容易发生降解反应。导致膜寿命大大缩短，不利于电解池稳定运行。为了提高膜的稳定性，有研究者系统研究了含醚氧键主链和不含醚氧键主链在相同碱性条件下的稳定性，对比分析发现不含醚氧键主链稳定性大大提升。此时，有研究者提出采用聚苯并咪唑(PBI)做主链，经KOH处理后用于碱性电解池，膜表现出优异的稳定性。但膜的离子传导能力严重不足，需要在高浓度强碱下使用，增加了运行成本。

鉴于目前存在无法兼顾碱性离子交换膜离子传导能力和稳定性的问题，膜的研究改性仍然是需要攻克的难题。

发明内容

本发明旨在提高碱性阴离子交换膜的耐碱稳定性和氢氧根传递性能，提供了一种侧基修饰不含醚氧键主链的阴离子交换膜的制备方法：通过合成了具有良好溶解性和稳定性的含仲胺基无醚氧键聚合物，再直接以聚合物的仲胺基作为接枝位点对聚合物进行功能化接枝后获得膜材料并制膜。所制备的膜具有较好的碱稳定性和较高的离子传导率，可应用于碱性聚合物电解池中。

本发明的技术方案：

一种不含醚氧键型聚合物阴离子交换膜，结构如下：

其中，x＝0-1，y＝1-0，n＝1-6的正整数；R为甲基、N-甲基哌啶基、2-甲基咪唑基、1,2-二甲基咪唑基或N-甲基吗啡啉基。

一种不含醚氧键型聚合物阴离子交换膜的制备方法，步骤如下：

(1)含仲胺基无醚氧键聚合物的合成：在冰水浴条件下，将吲哚-2,3-二酮和α,α-二苯基-4-哌啶甲醇加入到溶剂A中，通过机械搅拌使其完全溶解，再加入三氟甲磺酸，在0-5℃下反应30min后撤冰浴，反应温度逐渐恢复至室温并在此温度下反应，反应至生成褐色黏稠状固体，机械搅拌至搅不动为止，依据三氟甲磺酸的加入量不同，反应时间在4-8天不等，反应时间随着三氟甲磺酸的加入量增加而缩短；将反应物倒入沉淀剂A中，过滤、洗涤、干燥得到含仲胺基无醚氧键聚合物；

所述的吲哚-2,3-二酮：α,α-二苯基-4-哌啶甲醇：三氟甲磺酸的摩尔比为1.6～1：1：7～20；

所述的吲哚-2,3-二酮，α,α-二苯基-4-哌啶甲醇在溶剂A中的w/v分别为10％～20％；

所述的三氟甲磺酸：溶剂A的体积比为0.5～0.8：1；

所述的溶剂A为二氯甲烷或三氯甲烷；