[发明专利]高碱稳定性阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明涉及了一种高碱稳定性阴离子交换膜及其制备方法，通过傅克反应合成具有活性基团的可聚合单体，再通过自由基聚合反应合成聚乙烯基酮聚合物；然后通过溴化反应，合成具有可季铵化反应活性位点的聚乙烯基酮型聚合物；然后分别通过Menshutkin反应和还原反应，合成具有不同侧链的聚乙烯基型聚合物，在半封闭条件下通过溶剂浇筑法转化成膜，并经离子交换后得到侧链型聚乙烯阴离子交换膜。本发明通过改变侧链结构，去除吸电子基及引入不同长度长支链，提升阴离子交换膜的离子传导率及耐碱稳定性。

技术领域

本发明属于阴离子交换膜技术领域，涉及一种阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

近几十年来，环境污染和能源短缺问题日益严重，我国作为能源消耗大国，面对这一严峻的环境能源危机，开发新型清洁可替代能源迫在眉睫。不同于常规的电池，燃料电池(Fuel Cell)不受卡诺循环的限制，可以直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能，且其唯一的副产物为水，是一种高效洁净的绿色能源，从而使得燃料电池在解决环境和能源问题的众多途径当中脱颖而出。燃料电池是一种电化学的发电装置，等温的按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，正在成为理想的能源利用方式。燃料电池主要分为两类：质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)和阴离子交换膜燃料电池(anionexchange membrane fuel cells，AEMFC)。质子交换膜燃料电池又称聚合物电解质膜燃料电池，具有能量转化率高、功率密度高、工作温度低、启动快以及寿命长等优点，但昂贵的价格使得人们将目光转向碱性阴离子交换膜燃料电池。阴离子交换膜作为AEMFC的核心部件，起着催化剂支撑体、为电极反应提供环境、隔离气体或燃料、为OH^-提供传输通道等作用，一直以来都是燃料电池研究领域的热点。

目前以芳香族作为聚合物主链制备AEM的研究较多，如聚苯醚、聚醚酮、聚醚砜等，然而在碱性，尤其是高温条件下水解严重。而全脂肪族或半脂肪族主链，如聚苯乙烯、聚乙烯等虽然具有较好的碱稳定性，但较差的机械性能以及相对复杂的合成方法(有机金属催化、辐射等)等问题仍需要解决。

发明内容

本发明的目的在提供一种阴离子交换膜及其制备方法，有效改善了聚合物膜的离子传导率和耐碱稳定性，可作为阴离子交换膜材料。

本发明的技术方案是：一种聚乙烯基聚合物M，具有如下结构：

其中p为碳原子数，p＝0～15；n为聚合度，为100≤n≤200的整数。

上述聚乙烯基聚合物M的制备方法，通过傅克反应利用甲苯与丙烯酰氯反应合成聚合单体(VTK)；在通过自由基聚合反应利用VTK合成聚乙烯基聚合物(PVTK)；然后通过溴化反应合成了溴代聚乙烯基聚合物(PVBK-Br)；最后通过门秀金反应合成不同侧链结构的聚合物，具体步骤如下：

步骤1，聚合单体(VTK)的制备：

在甲苯的二氯甲烷中，缓慢滴加丙烯酰氯的二氯甲烷溶液，加入氯化铝作为催化剂，在0℃下反应，经二氯甲烷萃取得聚合单体；

步骤2，聚乙烯基酮聚合物(PVTK_n)的制备：

将干燥纯净的上述聚合单体溶于甲苯，加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，60℃下反应，反应结束后，析出，得到聚乙烯基酮聚合物；

步骤3，溴代聚乙烯基酮聚合物(PVBK-Br)的制备：

将PVTK_n、N-溴代琥珀酰胺(NBS)、溶于四氯乙烷中，加入AIBN作为引发剂，80℃下反应，得到溴代聚合物，析出，得到溴代聚乙烯基酮聚合物；

步骤4，溴代聚乙烯基聚合物(PAB-Br)的制备：