[发明专利]一种聚合物阴离子交换膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜技术领域，特别涉及一种聚合物阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

阴离子交换膜已广泛应用于各种工业领域，例如，电解法对盐溶液进行浓缩或脱盐作为氯碱工业中电解液电解的隔膜、从废酸中回收酸、作为阴离子选择电极、作为电池隔膜等。传统的聚合物阴离子交换膜的热和化学稳定性较低，在较高温度或碱性条件下聚合物中的季铵基团很容易发生降解，导致离子交换容量下降。除了热和化学稳定性的要求，聚合物阴离子交换膜的机械性能(包括抗拉强度和柔韧性)也是应用的关键指标。目前的聚合物阴离子交换膜往往存在当离子交换容量较大时其机械性能显著下降的缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种聚合物阴离子交换膜的制备方法，该方法简便、高效，所得到的聚合物阴离子交换膜具有高的离子交换容量和高的化学与热稳定性，机械性能优越，同时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，减少了对人体与环境的危害。

本发明提供的技术方案为：

一种聚合物阴离子交换膜的制备方法，包括下列步骤：

步骤一、单体聚合：将4，4′-二氟二苯甲酮、含一个或者多个甲基的对苯二酚或其衍生物和碱金属碳酸盐按质量比1∶1∶1.1～1.2溶解于第一类有机溶剂中形成待反应溶液，将所述待反应溶液在140～150℃的温度条件下搅拌反应0.5～2h，然后提升反应温度至170～190℃后再搅拌反应4～6h，将反应结束后的反应混合物倒入沉淀剂中进行沉淀，然后依次过滤，洗涤、干燥，得到含有甲基的聚合物；

步骤二、聚合物的溴化：将步骤一中得到的含有甲基的聚合物、溴代丁二酰亚胺和引发剂按质量比1∶0.5～0.8∶0.01～0.015溶解于第二类有机溶剂中，加热回流12～24h，抽滤，将抽滤后得到的混合物倒入沉淀剂中进行沉淀，然后依次过滤、洗涤、干燥，得到溴化聚合物；

步骤三、将步骤二中得到的溴化聚合物进行季铵化处理后得到季铵化产物，将得到的季铵化产物配制成铸膜液，然后涂铸成膜，加热烘干即得聚合物阴离子交换膜。

优选的是，所述的聚合物阴离子交换膜的制备方法，所述步骤三中对溴化聚合物进行季铵化处理的具体过程为：将步骤二中得到的溴化聚合物溶解于所述第二类有机溶剂中得到溴化聚合物溶液，将三甲胺水溶液加热汽化并经碱性干燥剂干燥后通入上述得到的溴化聚合物溶液中，通气1～5h，待黄褐色的粘稠状沉淀析出，过滤洗涤后得到季铵化产物；或在得到的溴化聚合物溶液中加入液态低级叔胺或者连接有一个季铵盐基团的叔胺，所述溴化聚合物与加入的液态低级叔胺的质量比为1∶0.5～0.8，在40～70℃的温度条件下搅拌反应2～15h得到聚合物侧链上含有一个或者两个季铵盐基团的季铵化产物。

优选的是，所述的聚合物阴离子交换膜的制备方法，步骤一中所述第一类有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮和甲苯的混合溶剂，在步骤一中具体还包括下述步骤：将反应结束后的反应混合物进行冷却至室温，然后向反应混合物中加入四氢呋喃进行稀释，过滤，并在过滤后的混合物中加入醋酸进行中和，把中和后的混合物再倒入到沉淀剂中进行沉淀。

优选的是，所述的聚合物阴离子交换膜的制备方法，步骤一中所述含一个或者多个甲基的对苯二酚的衍生物为邻甲基对苯二酚、2，4-二甲基-1，4-苯二酚、2，6-二甲基-1，4-苯二酚、2，5-二甲基-1，4-苯二酚、2，3，5-三甲基-1，4-苯二酚、或2，3，5，6-四甲基-1，4-苯二酚中的任一种。

优选的是，所述的聚合物阴离子交换膜的制备方法，步骤一和步骤二中所述的沉淀剂和洗涤用的溶剂均为甲醇或乙醇，所述第二类有机溶剂和步骤三中洗涤用的溶液均为氯仿。

优选的是，所述的聚合物阴离子交换膜的制备方法，步骤三中把季铵化产物配制成铸膜液的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或二甲亚砜中的任一种。

优选的是，所述的聚合物阴离子交换膜的制备方法，步骤二中所述引发剂为偶氮二异丁腈或者为过氧化苯甲酰。

优选的是，所述的聚合物阴离子交换膜的制备方法，所述液态低叔级胺为三乙胺、三丙胺或三丁胺中的任一种，所述连接有一个季铵盐基团的叔胺为(3-二甲胺基-2-羟丙基)三甲基氯化铵。

优选的是，所述的聚合物阴离子交换膜的制备方法，所述涂铸成膜的方法为浇铸法或流延法。

优选的是，所述的聚合物阴离子交换膜的制备方法，步骤三中所述加热的温度为40～70℃。