[发明专利]基于聚醚醚酮的1-甲基咪唑/TMPD协同胺化膜制备及应用

说明书

本发明公开了一种基于聚醚醚酮的1‑甲基咪唑/TMPD协同胺化膜，是以聚醚醚酮作为膜基质，采用带有疏水苯环结构的N,N,N’,N’‑四甲基对苯二胺(TMPD)和1‑甲基咪唑作为协同胺化试剂，TMPD由于具有双结合位点，引入膜中利于形成局部交联结构，在不牺牲膜离子交换容量和离子传导率的同时能有效强化膜的机械性能及尺寸稳定性。1‑甲基咪唑的存在则保证聚合物链段上的活性基团完全反应而避免过度交联。两种胺化剂协同作用使膜的综合性能得以显著提高，其吸水率为22.65～38.94wt.％，机械强度为24.81～44.18MPa，离子交换容量为2.279～2.564mmol.g^‑1，室温下氢氧根离子传导率为0.015～0.028S cm^‑1。

技术领域

本发明涉及一种基于聚醚醚酮的1-甲基咪唑/TMPD协同胺化膜制备及应用，属于均相阴离子交换膜技术领域。

背景技术

阴离子交换膜由于膜内富含阳离子活性基团，具有离子选择透过性及离子传递特性，是分离与提纯、电化学组件的关键材料。其中，均相阴离子交换膜中离子交换基团与聚合物主链通过化学键连接，具有结构均匀、面电阻小及性能稳定等优势，广泛应用于电渗析和燃料电池等领域。

传统均相阴离子交换膜的制备多采用基底膜浸渍单体、加压热聚合的方式成膜，再通过浸泡对膜进行功能化处理，制备过程繁琐。所用基底膜材料本身不能被氯甲基化，因而在制备的阴离子交换膜中仍然存在大量“空白区”，此区域不能传递离子，膜电阻大。而季铵化过程采用基膜浸泡三甲胺溶液的方式，三甲胺溶液用量大、难回收，造成原料浪费、成本提高，同时，三甲胺挥发性大且具有鱼腥恶臭，对人体的眼、鼻、咽喉和呼吸道都有强烈的刺激作用。以上缺点均限制了此类阴离子交换膜的应用。

采用机械性能优异的聚合物作为膜主体材料，在均相溶液体系中对聚合物进行改性处理后浇铸成膜，可以克服上述缺陷，制备得到自支撑型阴离子交换膜。

公开日为2012.10.17，专利号为201210205298.0的中国专利中公开了一种均相阴离子交换膜的制备方法，该膜以芳香族高聚物作为膜主体材料，进行氯甲基化修饰后接枝苯并咪唑类功能小分子，制备得到自支撑型阴离子交换膜。该膜的制备过程简便，但由于不具有交联结构，增大膜内的离子交换容量将削弱膜的机械强度及尺寸稳定性，膜综合性能难以得到有效提升。

公开日为2010.10.20，专利号为201010174360.5的中国专利中公开了一种自交联聚合物阴离子交换膜的制备方法，与上述均相阴离子交换膜的制备方法类似，但在季铵化过程中除加入三甲胺外，同时引入低级仲胺(如二乙胺、二丙胺、二丁胺等)作为季胺化试剂，以得到局部交联结构，制备交联型均相阴离子交换膜。该膜的稳定性与机械性能良好，但利用低级仲胺作为交联剂，随着交联度增大，膜内的离子交换容量显著降低。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种基于聚醚醚酮的1-甲基咪唑/TMPD协同胺化膜制备及应用，以克服传统阴离子交换膜制备的缺陷，制备交联型均相阴离子交换膜，同时强化膜的离子传递特性和机械性能。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于聚醚醚酮的1-甲基咪唑/TMPD协同胺化膜，是以聚醚醚酮作为膜基质，N,N,N’,N’-四甲基对苯二胺和1-甲基咪唑作为协同胺化试剂；膜厚度为60～80μm，吸水率为22.65～38.94wt.％，机械强度为24.81～44.18MPa，离子交换容量为2.279～2.564mmol.g^-1，室温下氢氧根离子传导率为0.015～0.028S cm^-1。将该膜应用于燃料电池或电渗析装置。

本发明基于聚醚醚酮的1-甲基咪唑/TMPD协同胺化膜的制备方法，包括以下步骤：