[发明专利]一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法

权利要求书

1.一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：氨基化骨架化合物的制备，将FeCl₃·6H₂O和氨基对苯二甲酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺中后，倒入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，将反应釜在150-175℃条件下20-30h，自然冷却至室温，离心收集粗产物，洗涤粗产物，将粗产物145-155℃条件下烘干22-27h，然后将其分散到乙醇中，滴入三氟甲烷磺酸盐，充分搅拌后将乙醇蒸干，用乙醇洗涤产物表面并将其在75-85℃烘干，得到氨基化骨架化合物；

S2：将侧基含羧基的磺化聚芳醚酮基材溶解于二甲基亚砜中，形成铸膜液，将有机蒙脱土和S1得到的氨基化骨架化合物加入铸膜液，超声搅拌，将其浇在光滑洁净的玻璃板表面，55-65℃烘干20-30h成膜，再95-110℃烘干22-26h，将所得膜继续170-185℃烘干2.5-3h，再将复合膜放入到硫酸溶液中。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，FeCl₃·6H₂O和氨基对苯二甲酸的重量比为1：（0.5-0.7），FeCl₃·6H₂O和氨基对苯二甲酸的总重量与N,N-二甲基甲酰胺的体积加入比为（13-15）mL/g。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，FeCl₃·6H₂O与三氟甲烷磺酸盐的重量比为1：（1-1.3）。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，氨基化骨架化合物的重量为侧基含羧基的磺化聚芳醚酮基材重量的0.5-0.7%。

5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，硫酸浓度为0.1-0.4mol/L。

6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，铸膜液中加入S1得到的氨基化骨架化合物的同时，加入有机蒙脱土，超声搅拌25-28h，有机蒙脱土的重量为侧基含羧基的磺化聚芳醚酮基材重量的0.1-0.4%。

7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：所述有机蒙脱土包括以下制备步骤：在钠基蒙脱土中加入水，搅拌至钠基蒙脱土完全溶胀，并在60-65℃条件下保温，然后将十六烷基三甲基溴化铵溶液缓慢滴加到钠基蒙脱土中，钠基蒙脱土与十六烷基三甲基溴化铵溶液中的十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：（0.3-0.5），反应6-7h，然后将得到的沉淀过滤、洗涤、干燥、研磨过300目筛。

8.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：所述侧基含羧基的磺化聚芳醚酮基材包括以下制备步骤：依次加入酚酞啉、四甲基联苯二酚、二氟二苯甲酮、磺化二氟二苯甲酮和 K₂CO₃，再加入二甲基亚砜和甲苯，搅拌至固体物质均溶解，持续搅拌、通氮气条件下，将体系升温到 135-145℃，使甲苯回流3-5h，除去产生的水，然后除尽甲苯，加热升温到 170-185℃ 并保持 1.5-2.5h，最后将得到的粘稠聚合物溶液倾倒入装有去离子水的烧杯中，析出沉淀，再将聚合物固体过滤粉碎，洗涤、干燥。

9.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：所述酚酞啉、四甲基联苯二酚、二氟二苯甲酮、磺化二氟二苯甲酮和 K₂CO₃的重量比为1：（0.7-0.8）：（0.65-0.7）：（1.30-1.35）：（1.0-1.2）。

10.根据权利要求8所述的一种氢燃料电池用质子交换膜材料的制备方法，其特征在于：所述二甲基亚砜和甲苯的体积比为1：（0.35-0.38），酚酞啉、四甲基联苯二酚、二氟二苯甲酮、磺化二氟二苯甲酮和 K₂CO₃的总重量与二甲基亚砜和甲苯的总体积之比为1g：（2.5-2.6）mL。