[发明专利]一种多支链聚芳醚酮阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多支链聚芳醚酮阴离子交换膜及其制备方法，属于碱性阴离子交换膜技术领域。本发明首先合成了具有良好溶解性和稳定性的胺基取代聚芳醚酮聚合物，再直接以聚合物的胺基作为接枝位点对聚合物进行功能化接枝后获得膜材料并制膜。所制备的膜具有较好的碱稳定性和较高的离子传导率，可应用于碱性燃料电池中。

技术领域

本发明属于碱性阴离子交换膜技术领域，涉及到一种多支链聚芳醚酮阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着全球环境与能源问题的日益严峻，燃料电池作为一种新型发电装置，因其燃料来源广泛、高效率、低甚至零排放等优势受到了人们的广泛关注。碱性阴离子交换膜燃料电池是燃料电池中的一种，相比于目前研究比较成熟的质子交换膜燃料电池，它有着氧化速度快、燃料渗透速度低、有利于水平衡、成本相对低等优势。成本低的优势源自于碱性阴离子交换膜燃料电池可以使用非贵金属作为催化剂，这也是其最为主要的优势之一。

碱性阴离子交换膜是碱性阴离子交换膜燃料电池的核心部件，通常是由含季铵基团的聚合物制备，起到选择性传递氢氧根离子并且分隔两极室的作用。这样的功能就要求碱性阴离子交换膜既有很好的传递氢氧根离子的能力，又能在碱性环境中保持性能的稳定。目前膜材料常用聚砜，聚醚醚酮等聚合物作为主链，但部分聚合物在碱性环境中会发生降解，或在有机溶剂中溶解性差，不便于功能化反应。因此寻找具有好的溶解性和稳定性，并且可以通过简单的反应引入功能基团的聚合物，是目前关注的热点之一。

发明内容

本发明旨在提高碱性阴离子交换膜的耐碱稳定性和氢氧根传递性能，提供了一种多支链聚芳醚酮阴离子交换膜的制备方法：通过合成了具有良好溶解性和稳定性的胺基取代聚芳醚酮聚合物，再直接以聚合物的胺基作为接枝位点对聚合物进行功能化接枝后获得膜材料并制膜。所制备的膜具有较好的碱稳定性和较高的离子传导率，可应用于碱性燃料电池中。

本发明的技术方案：

一种多支链聚芳醚酮阴离子交换膜，结构如下：

其中x＝0.1～0.6，y＝0.4～0.9；n＝1～12的正整数；R为引入的功能基团，包括1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑、N-甲基吗啡啉、N-甲基哌啶、N-甲基吡咯烷。

一种多支链聚芳醚酮阴离子交换膜的制备方法，步骤如下：

(1)胺基取代聚芳醚酮的合成：在惰性气体保护下，将二氟二苯酮、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、六氟双酚A和碳酸钾溶解于溶剂A中，再加入甲苯，在120～155℃下回流3～8h至水和甲苯完全除去，然后保持温度恒定反应4～8h。将反应溶液倒入沉淀剂A中，过滤、洗涤、干燥得到胺基取代的聚芳醚酮；

所述的二氟二苯酮：2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷：六氟双酚A：碳酸钾的摩尔比为10：1～6：9～4：15；

所述的二氟二苯酮、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷、六氟双酚A和碳酸钾在溶剂A中的w/v为15％～40％；

所述甲苯：溶剂A体积比为1～3：2；

所述的溶剂A为N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种；

所述的沉淀剂A为冰水、甲醇、乙醇中的一种；

(2)离子液体的合成：将含有脂肪链的二溴单体及离子化试剂溶解于溶剂B中，在20～60℃反应48h，将析出的固体产物用溶剂B反复清洗3～5次，真空干燥得到离子液体；

所述的含有脂肪链的二溴单体结构如下：

其中n＝1～12的正整数；

所述的含有脂肪链的二溴单体：离子化试剂的摩尔比1.5～2：1；