[发明专利]一种聚合物阴离子交换膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物阴离子交换膜及其制备方法，具体涉及一种可用于碱性燃料电池的阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

阴离子交换膜已经广泛应用于水处理，湿法冶金，化学分离以及碱性燃料电池等工业领域。传统的季铵盐型聚合物阴离子交换膜的制备方法在引入离子交换基团时都要经过氯甲基化的过程，而氯甲基化过程中要使用剧毒致癌物质氯甲醚，并且在制备阴离子交换膜的过程中用到有机溶剂，这对环境保护和人类健康都有重大危害。

申请号为201010185161.4的中国发明申请公开说明书公开了一种基于离子液体的阴离子交换膜的制备方法，是在反应器中加入咪唑类离子液体，丙烯酸酯类单体，溶剂，引发剂在惰性气体保护下45～80℃聚合5～30h，再将聚合物溶解在有机溶剂中配制成聚合物溶液，通过相转化法成膜。上述方法在聚合、成膜过程中都有溶剂的使用，溶剂的使用使得阴离子交换膜的制备过程复杂，生产成本增加，同时对环境也造成一定的污染，另外，在基体材料的选择以及在阴离子交换处理工艺上导致阴离子交换膜的离子交换容量偏低。因此人们一直在寻找过程简单、环境友好、生产成本低并且性能良好的的阴离子交换膜制备方法。

优良的碱性燃料电池用聚合物阴离子交换膜除了具备较高的离子电导率，良好的热稳定性和化学稳定性之外，还要有良好的机械性能和耐碱性。然而，传统的季铵盐型聚合物阴离子交换膜热稳定性和化学稳定性较差。季铵基团在碱性溶液中稳定性差，使得阴离子交换膜的性能大大下降。上述发明申请公开说明书也没有公开机械性能方面相关的数据。

因此需要开发一种能用于碱性燃料电池的聚合物阴离子交换膜材料。

发明内容

本发明目的是提供一种聚合物阴离子交换膜及其制备方法，通过经济、简单、环境友好的制备方法制得一种具备较高的离子电导率、良好的热稳定性和化学稳定性、良好的机械性能和耐碱性的聚合物阴离子交换膜。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种碱性阴离子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

1、将聚合物单体和聚合型离子液体以摩尔比为1∶2～1∶9的比例混合，再加入交联剂和引发剂，将混合液超声混合均匀，进行原位聚合制备聚合物阴离子交换膜；

所述单体选自丙烯腈、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、α-甲基丙烯腈中的一种或几种；

所述聚合型离子液体选自：

中的一种，其中m＝0～10，p＝0～6，X选自：I、Br或Cl中的一种；

2、将制备的阴离子交换膜浸泡在50～80℃的碱液中进行阴离子交换；其中，所述离子液体为聚合型芳杂环结构的离子液体；所述碱液为1-10M氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液；

上述技术方案中，所述交联剂选自：二乙烯基苯，所述交联剂质量为聚合物单体和聚合型离子液体质量之和的2％～12％。

上述技术方案中，所述引发剂选自：安息香乙醚、偶氮二异丁腈、中的一种；所述引发剂质量为聚合物单体和聚合型离子液体质量之和的1％～6％。

上述技术方案中，所述聚合反应的引发方式为加热、紫外光照或者γ射线引发。

本发明同时要求保护上述方法制备得到的基于离子液体的聚合物阴离子交换膜，所述阴离子交换膜可以应用在碱性燃料电池领域。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本发明采用了原位合成法，并且避免了传统的聚合物阴离子交换膜制备过程中氯甲醚的使用，同时避免了溶液浇铸成膜法制备阴离子交换膜过程中有机溶剂的使，因此方法简单，且更加经济，更加环境友好；

2、本发明所得OH-型阴离子交换膜离子交换容量可达1.52mmol/g，室温下离子传导率可达3.60×10^-2S·cm^-1，90℃下离子传导率可达7.53×10^-2S·cm^-1，抗张强度可达13.53Mpa，杨氏模量可达1271Mpa，断裂伸长率可达55.34％；相对于现有技术中报道的阴离子交换膜相比，在保证了较高的离子传导率、良好的耐碱性能、良好的热稳定性用和化学稳定性的同时，更获得了良好机械性能。

附图说明

图1为实施例十一中阴离子交换膜在60℃下1M KOH溶液中浸泡不同时间电导率随温度变化图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：