[发明专利]一种哌嗪功能化聚苯醚碱性阴离子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种哌嗪功能化聚苯醚碱性阴离子交换膜，其特征在于，该哌嗪功能化聚苯醚碱性阴离子交换膜的结构如式Ⅰ所示：

其中，0.01≤x≤0.99；0.01≤y≤0.99；亚甲基个数n＝0～10；该哌嗪功能化聚苯醚碱性阴离子交换膜的分子量为500-500000。

2.权利要求1所述的哌嗪功能化聚苯醚碱性阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)聚苯醚主链的酰基化：在惰性气体保护下，将聚苯醚溶于溶剂A中，路易斯酸或质子酸作催化剂，酰卤、酸酐或羧酸作酰基化试剂，在20～130℃条件下反应1～24h；再将反应后的溶液加入过量沉淀剂中，洗涤，干燥，即得到酰基化的聚苯醚；

所述的酰基化的聚苯醚的结构如式Ⅱ所示，式中z定义为酰基化聚苯醚的功能度，0＜z≤1：

所述的聚苯醚在溶剂A中的质量百分比浓度不大于60％；

所述的酰基化试剂与聚苯醚重复单元的摩尔比为0.01～2，催化剂与酰基化试剂的摩尔比为0.1～5；

(2)在惰性气体气氛下，将酰基化的聚苯醚溶于溶剂B中，加入N-烷基哌嗪和脱水剂，在碱性催化剂作用下，50～150℃下反应1～96h；再将反应液加入过量沉淀剂中，洗涤，干燥，即得到聚合物；

所述的酰基化的聚苯醚在溶剂B中的质量百分比浓度为1％～50％；

所述的脱水剂与溶剂B的体积比不大于2；

所述的N-烷基哌嗪与酰基化的聚苯醚重复单元的摩尔比为0.1～10；

所述的碱性催化剂与酰基化的聚苯醚重复单元的摩尔比为0.1～10；

(3)将适量的含哌嗪的聚合物溶于溶剂C中，加入功能化试剂，在10～150℃下反应0.5～96h；再将反应液加入过量沉淀剂中，洗涤，干燥后得到哌嗪功能化聚合物材料；

所述的含哌嗪的聚合物在溶剂C中的质量百分比浓度为1％～50％；

所述的功能化试剂与含哌嗪的聚合物重复单元的摩尔比为0.3～10。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

所述的溶剂A为二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二氯乙烷或1,1,2,2-四氯乙烷；

所述的溶剂B为二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮、环丁砜或四氯乙烷；

所述的溶剂C为二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮、环丁砜或四氯乙烷。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，

所述的催化剂为三氯化铝、四氯化锡、氯化锌、三氯化铁、五氯化锑、三氟化硼、四氯化钛、氢氟酸、硫酸、五氧化二磷、磷酸、杂多酸、阳离子交换树脂、阳离子交换蒙脱土或负载型AlCl₃；

所述的碱性催化剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

所述的酰基化试剂为对氟苯甲酰氯、对氯苯甲酰氯、4-氟苯甲酸酐、4-氯苯甲酸酐、4-氟苯甲酸、4-氯苯甲酸、4-溴苯甲酸或4-碘苯甲酸。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

所述的沉淀剂为甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、乙酸乙酯或乙醚。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的N-烷基哌嗪为N-甲基哌嗪、N-乙基哌嗪、N-丙基哌嗪、N-丁基哌嗪、N-戊基哌嗪、N-己基哌嗪、N-庚基哌嗪、N-辛基哌嗪、N-壬基哌嗪或N-癸基哌嗪。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

所述的脱水剂为甲苯、苯、二甲苯、环己烷、异戊醇、石油醚中的一种或两种以上混合。

9.根据权利要求2、3、5、6、7或8所述的制备方法，其特征在于，

所述的功能化试剂为碘甲烷、碘乙烷、碘丙烷、碘丁烷、碘戊烷、碘己烷、碘庚烷、碘辛烷、碘壬烷或碘癸烷。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，由溴替换碘。