[发明专利]一种力学性能优异的阴离子交换膜材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种力学性能优异的阴离子交换膜材料及其制备方法和应用，该新型阴离子交换膜材料具有如下所示的结构：本发明选用含不同取代度的卤甲基化聚合物为前体，通过与含有酰胺键的叔胺进行季铵化反应，再进行离子交换，得到含有酰胺键结构的阴离子交换膜材料。本发明所制备的阴离子交换膜具有力学性能优异、尺寸稳定性好和离子传导率高等诸多优势。

技术领域

本发明属于离子交换膜材料领域，具体涉及一种具有优异的力学性能的阴离子交换膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

阴离子交换膜是一类带有固定阳离子基团、可选择通过阴离子的聚合物电解质材料，由高分子骨架、荷正电荷的功能基团以及功能基团上可移动的阴离子三部分组成。由于其在燃料电池隔膜、制碱工业隔膜、水处理等工业领域的广泛应用，其开发和性能优化在材料和化学工业领域一直受到广泛的关注。

由于阴离子交换膜中阴离子的固有离子迁移率较低，因此往往需要增加薄膜的离子交换容量(ion exchange membrane，IEC)来提高阴离子交换膜的离子电导率。但是较高的IEC往往会引起薄膜机械性能的大幅度下降，表现出较差的力学性能和尺寸稳定性，这对阴离子交换膜的实际应用极为不利。

因此，制备兼具有较高离子电导率和优异力学性能和尺寸稳定性的阴离子交换膜材料，是阴离子交换膜材料领域目前亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术的不足，提供一种具有优异力学性能的阴离子交换膜材料及其制备方法，所要解决的技术问题是使所得阴离子交换膜材料不仅具有较高的离子电导率还具有较优的力学性能和尺寸稳定性，以使其在燃料电池隔膜、氯碱工业、膜电解、电渗析等相关领域具有较好的应用前景。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

本发明首先提供了一种力学性能优异的阴离子交换膜材料，其结构式如式(1)所示：

式(1)中：R¹、R²各自独立地选自碳原子数为1～16的脂肪族取代基、或碳原子数为6～24的芳香族取代基；R³为H、或碳原子数为1～10的脂肪族取代基、或碳原子数为6～24的芳香族取代基；m为1-5之间的整数；X为阴离子，选自Cl、Br中的至少一种。

式(1)中的聚合物骨架的结构如式(2)、式(3)、式(4)、式(5)或式(6)所示：

式(2)中：x＝0.01～0.99；n是介于10至1000之间的整数；

式(3)中：h1、i1、j1、k1各自独立的选自0或1，且1≤h1+i1+j1+k1≤4；x＝0.01～0.99；n是介于10至1000之间的整数；R选自如下结构中的一种或多种：

式(4)中：h2、i2、j2、k2各自独立的选自0或1，且1≤h2+i2+j2+k2≤4；x＝0.01～0.99；n是介于10至1000之间的整数；R选自如下结构中的一种或多种：

式(5)中：h3、i3各自独立的选自0或1，且1≤h3+i3≤2；x＝0.01～0.99；n是介于10至1000之间的整数；R选自如下结构中的一种或多种：

式(6)中：x＝0.01～0.99；n是介于10至1000之间的整数。

本发明中所述的力学性能优异的阴离子交换膜材料的制备方法，主要包括如下步骤：