[发明专利]一种侧链型均相阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种侧链型均相阴离子交换膜及其制备方法，其中侧链型均相阴离子交换膜的结构式如下：本发明首先利用二溴烷烃化合物与碱性功能化试剂反应，制备含卞溴基团的碱性功能化单体，然后与含氨基聚亚苯基膦氧化合物反应，获得侧链型阴离子交换膜。本发明制得的阴离子交换膜具有结构可控、离子交换容量高、电导率高、化学稳定性好等特点，可以满足不同应用领域的需要。

技术领域

本发明涉及一种侧链型均相阴离子交换膜及其制备方法，属于膜技术领域。

背景技术

目前，阴离子交换膜广泛用于扩散渗析、电渗析、碱性燃料电池、污水中有用金属的回收、电泳废水处理和电化学传感器等领域，从而阴离子交换膜的制备方法及性能一直受到理论界和工业界的关注。目前制备的阴离子交换膜，普遍存在电导率低下、稳定性差的问题。

阴离子交换膜制备方法已经得到广泛的报道，例如，荷兰《固态薄膜杂志》(ThinSolid Films,2011,519,2155-2162)报道了一种辐照接枝制备阴离子交换膜的方法，在聚氯乙烯(PVC)薄膜上，通过等离子体辐照在PVC膜表面接枝对氯甲基苯乙烯，进一步通过三甲胺功能化制备阴离子交换膜。上述方法所获得的阴离子交换膜，由于膜主体是由无法传导离子的PVC构成，因此膜的电导率较低。此外，该接枝方法的设备复杂，接枝可控性差，难以对接枝聚合物的微观结构进行控制。

例如，荷兰《电源杂志》(Journal of Power Sources,2013,211,247-251)报道了一种孔填充方法制备阴离子交换膜的方法，通过将聚对氯甲基苯乙烯填充到多孔聚四氟乙烯薄膜孔道内，进一步通过与三甲胺以及二乙胺反应获得交联复合型阴离子交换膜。上述方法获得的阴离子交换膜，由于离子基团位于聚合物骨架上，难以聚集形成贯穿的离子传输通道，因而离子电导率低。此外，该方法制备的阴离子交换膜其填充的离子聚合物容易脱落，稳定性差。

例如，美国《大分子杂志》(Macromolecules,48(18),6523-6533)报道了一种嵌段型阴离子交换膜的制备方法，通过阴离子聚合依次聚合苯乙烯和对氯甲基苯乙烯，进一步通过与三甲胺反应获得嵌段型阴离子交换膜。上述方法获得的阴离子交换膜，由于离子基团的聚集程度过高，因而溶胀严重，机械稳定性差。此外，碱性功能基团直接与苯环相连接，在碱性环境中容易降解，化学稳定性差。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术存在的上述阴离子交换膜电导率低、稳定性差等问题，本发明旨在提供一种侧链型均相阴离子交换膜及其制备方法。本发明通过深入的研究，发现可以通过制备侧链型阴离子交换膜，克服上述技术问题。本发明制备的均相阴离子交换膜的电导率较高，稳定性较好。

本发明侧链型均相阴离子交换膜，其特征在于其具有如下结构式：

其中R选自如下结构中的任一种：

m＝0.1-0.5。

本发明侧链型均相阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将二溴烷烃化合物和碱性功能化试剂加入第二溶剂中，反应得到含卞溴基团的碱性功能化单体；所述含卞溴基团的碱性功能化单体为白色固体，反应完成后该白色固体以沉淀形式从反应体系的溶剂中析出，干燥后即可得到。本步骤中，碱性功能化试剂与二溴烷烃化合物的一端卞溴基团反应，从而得到带有阴离子交换功能的单体即碱性功能化单体。第二溶剂的选择主要保证溶解二溴烷烃化合物和碱性功能化试剂，而不溶解含卞溴基团的碱性功能化单体，便于含卞溴基团的碱性功能化单体的提纯。本步骤的加料方式，优选为向二溴烷烃化合物第二溶剂的溶液中滴加碱性功能化试剂的方式，该滴加方式有利于保证二溴烷烃化合物仅一端卞溴基团与碱性功能化试剂反应。

步骤1制备的含卞溴基团的碱性功能化单体的结构通式如下：