[发明专利]咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物、阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本申请涉及一种咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物、利用该咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物制备的阴离子交换膜以及该阴离子交换膜的制备方法。本文所述的咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物包括亲水链段和疏水链段，采用不同芳香侧链端羟基聚砜醚亲水寡聚体和端氟基聚芳醚砜疏水寡聚体制备咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物膜，嵌段型和侧链型共聚物离聚体结构的微相分离明显，吸水量大，促进亲水区域的连接，进而形成氢氧根离子传输路径，增强氢氧根离子的传输，从而使得利用其制备的阴离子交换膜具有良好的化学稳定性。

技术领域

本申请涉及阴离子交换膜和有机合成技术领域，具体涉及一种咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物、利用该咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物制备的阴离子交换膜以及该阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，化石能源被过度开采，造成能源枯竭、环境污染等一系列能源环境问题。此时，氢气作为一种清洁二次能源逐渐进入各国研究者的视线中。目前，大部分的研究集中在质子交换膜电解水领域内，但由于其催化剂需要采用价格昂贵的金属，极大的限制了质子交换膜的推广与发展。相比之下，阴离子交换膜水电解制氢材料可使用非贵金属催化剂，有着广阔的应用前景。然而，阴离子交换膜尚处于试验阶段，在制备工艺、离子电导率、化学稳定性等方面都仍然需要不断改进

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供化学稳定性好的阴离子交换膜，从而解决上述现有技术问题。具体来说，本申请首先合成了一种同时包括亲水链段和疏水链段的咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物，然后利用该咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物来制备阴离子交换膜。所制备的阴离子交换膜在进行碱化处理后仍然表现出较高的氢氧根离子电导率。

为了解决上述技术问题，本申请提供下述技术方案。

在第一方面中，本申请提供

本申请提供了一种咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物，包括疏水性链段和亲水性链段，其具有如下述通式(1)所示的结构：

在通式(1)中，x表示疏水性链段的聚合度，且x为4-7中的任一正整数；

在通式(1)中，y表示亲水性链段的聚合度，且y为15-32中任一正整数；

在通式(1)中，Ar”具有下述通式(a1)或者通式(a2)所示的结构：

在通式(a1)和通式(a2)中，R₃为CH₃、CH₂(C₃H₄N₂)⁺OH^-CH₃或CHBr₂中的一种；

在通式(a2)中，R₄为CH(C₃H₄N₂)⁺OH^-CH₃或CBr₂。

本申请还提供了一种咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物所构成的阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

S1.制备端羟基聚砜醚亲水寡聚体，且制备端氟基聚芳醚砜疏水寡聚体；

S2.制备侧链型聚芳醚砜嵌段共聚物；

S3.制备溴甲基化聚芳醚砜嵌段共聚物；

S4.向溴甲基化聚芳醚砜嵌段共聚物中加入N-甲基咪唑，并进行搅拌反应得到混合溶液；

S5.将反应后的混合溶液在快干型溶剂中析出沉淀，用洗涤溶剂将沉淀产物洗涤烘干多次，得到溴离子形式的咪唑功能化聚芳醚砜嵌段共聚物；