[发明专利]一种杂环铵离子聚苯并咪唑及阴离子交换膜其制备方法和应用

权利要求书

1.一种杂环铵离子聚苯并咪唑，其特征在于，具有以下结构：

其中，n＝0～0.8；

Z是Cl^-,Br^-,或OH^-离子；

A为单键、亚甲基-CH₂-，醚键-O-或羰基-CO-；

X取以下结构：其中2≤n’≤18；

Y具有以下结构：

2.如权利要求1所述一种杂环铵离子聚苯并咪唑的制备方法，特征在于包含以下步骤：步骤1，聚苯并咪唑的合成

所述聚苯并咪唑是由四胺单体(Ⅱ)和二酸单体(Ⅲ)通过溶液缩聚反应合成；

所述四胺单体(Ⅱ)的结构如下：

其中，A为单键、亚甲基-CH₂-、醚键-O-或羰基-CO-；

所述二酸单体(Ⅲ)的结构如下：

HOOC-X-COOH和HOOC-Y-COOH

其中，X取以下结构：其中2≤n’≤18；

Y具有以下结构：

在带搅拌的反应器中加入多聚磷酸，在N₂保护下，加入四胺单体(Ⅱ)和等摩尔比的二酸单体(Ⅲ)HOOC-X-COOH和HOOC-Y-COOH，搅拌溶解，使单体Ⅱ和Ⅲ的总质量浓度为1～20wt％；升温到90～140℃搅拌反应0.5～10h，然后升温到140～160℃搅拌反应0.5～10h，升温到160～190℃反应8～30h；聚合反应结束，将产物倒入大量去离子水中，加入过量NaHCO₃，搅拌过夜；过滤，用去离子水洗聚合物直至中性；产物干燥，得到聚苯并咪唑；

步骤2-1,杂环铵离子聚苯并咪唑(1)的合成

将一定量聚苯并咪唑在溶剂2中加热溶解得到质量体积比浓度0.5～10％溶液，加入二溴戊烷和碱性化合物2，在30～150℃反应8～100h；反应结束，倒入沉淀剂1，过滤，滤饼用去离子水洗3次，产物干燥，得到杂环铵离子聚苯并咪唑(1)；

步骤2-2,杂环铵离子聚苯并咪唑(2)的合成

将一定量哌啶加入到含二卤代烷P-(CH₂)_m-P的溶剂2中，升温到30～90℃搅拌反应6～72h；反应结束，过滤，干燥得到M’；

将一定量聚苯并咪唑在溶剂2中加热溶解得到0.5～10wt％溶液，加入M’，在30～150℃反应8～100h；反应结束，倒入沉淀剂1，过滤，滤饼用去离子水洗3次，产物干燥，得到杂环铵离子聚苯并咪唑(2)；其中，P选自Cl或Br原子，0＜m≤6的整数。

3.根据权利要求2所述的杂环铵离子聚苯并咪唑的制备方法，其特征在于，所述溶剂1是甲苯、甲醇、乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合物；

所述溶剂2是甲苯、二氯甲烷、氯仿、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求2所述的杂环铵离子聚苯并咪唑的制备方法，其特征在于，步骤2-1中聚苯并咪唑与二溴戊烷的摩尔比是0.1～1:1；

步骤2-2中，哌啶与二卤烷烃P-(CH₂)_m-P的摩尔比是0.05～1:1；聚苯并咪唑与M’的摩尔比是0.1～1:1。

5.根据权利要求2所述的杂环铵离子聚苯并咪唑的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂1是甲醇、乙醇、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮和水中的一种或几种的混合物；

所述碱性化合物2选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯，氢化钠、氢化锂中的一种或几种。

6.根据权利要求2所述的杂环铵离子聚苯并咪唑的制备方法，其特征在于，聚苯并咪唑的粘均分子量为10,000～450,000g/mol，聚合度n为20～1200。