[发明专利]一种酸碱水电解用复合膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种酸碱水电解用复合膜，其特征在于，所述复合膜的原料为聚苯并咪唑和C₃N₄，所述C₃N₄的质量分数为0.1-1.5wt.％；所述聚苯并咪唑为mPBI，或ABPBI，或mPBI与ABPBI的混合物，或mPBI与ABPBI的共聚物m-ABPBI；所述mPBI的制备方法为溶液聚合法，所述方法包括以下步骤：

(1)将多聚磷酸倒入三口烧瓶，在140-160℃油浴中加热搅拌并通入氮气保护，氮气流量为100-400mL/min，持续加热30-60min；

(2)加入适量3,3'-二氨基联苯胺，在140-160℃油浴中搅拌2-5h，搅拌速率为300-800r/min；

(3)升温至180-220℃，依次加入间苯二甲酸，磷酸三苯酯和五氧化二磷，180-220℃反应12-30h，得到聚合物产物；其中多聚磷酸与3，3-二氨基联苯胺的质量比为30:1—60:1，3,3'-二氨基联苯胺与间苯二甲酸的摩尔比为1:0.8-1:1.5，磷酸三苯酯与间苯二甲酸的摩尔比为1:5-1:20，五氧化二磷与间苯二甲酸的质量比为1:0.5-1:2；

(4)反应结束后将产物物迅速倒入去离子水中，经加碱除酸、干燥、粉碎、水洗、乙醇洗，得到精制的聚苯并咪唑聚合物；

所述ABPBI的制备方法包括以下步骤：

(1)称取适量3,4-二氨基苯甲酸与伊顿试剂混合后，油浴120-150℃加热，搅拌1-5h，搅拌速率200-500r/min，得到粘稠的合成产物；其中3,4-二氨基苯甲酸与伊顿试剂的质量比为1:5-1:20；

(2)将产物迅速倒入去离子水中，经加碱除酸、干燥、粉碎、水洗、乙醇洗得到精制的ABPBI聚合物；

所述m-ABPBI的制备方法包括以下步骤：

(1)将多聚磷酸倒入三口烧瓶中，140-160℃油浴中加热搅拌并通入氮气保护，氮气流量为100-400mL/min，持续加热30-60min；

(2)加入适量3,3'-二氨基联苯胺，在140-160℃油浴中搅拌2-5h，搅拌速率为300-800r/min；

(3)升温至180-220℃，依次加入间苯二甲酸，3,4-二氨基苯甲酸，磷酸三苯酯和五氧化二磷，160-200℃反应6-30h，得到聚合物产物；其中多聚磷酸与3，3-二氨基联苯胺的质量比为30:1-60:1，3,3'-二氨基联苯胺与间苯二甲酸的摩尔比为1:0.2-1:0.95，3,4-二氨基苯甲酸与间苯二甲酸的摩尔比为1:10-10:1，磷酸三苯酯与间苯二甲酸的摩尔比为1:15-1:30，五氧化二磷与间苯二甲酸的质量比为1:0.8-1:3；

(4)反应结束后将产物迅速倒入去离子水中，经加碱除酸、干燥、粉碎、水洗、乙醇洗，得到精制的聚苯并咪唑聚合物。

2.根据权利要求1所述的一种酸碱水电解用复合膜，其特征在于，所述mPBI和ABPBI的混合物中，mPBI与ABPBI的摩尔比为10:1-1:1。

3.根据权利要求1所述的一种酸碱水电解用复合膜，其特征在于，所述C₃N₄为纳米片状结构，其制备方法为：

双氰胺溶于草酸或柠檬酸溶液中，真空干燥后煅烧，煅烧后研磨成粉末，分别用0.25-1.5M盐酸溶液清洗0.5-3h、去离子水清洗0.5-2h，所得固体干燥即得。

4.根据权利要求3所述的一种酸碱水电解用复合膜，其特征在于，所述双氰胺与草酸或柠檬酸的质量比为1:1-5:1；所述真空干燥条件为50-80℃、20-40h；所述煅烧条件为：从室温加热到500-600℃，升温速率为3-8℃min^-1，空气气氛下，煅烧3-6h；所述固体干燥的温度为60℃。