[发明专利]磺化聚芳醚化合物及制备方法、离子选择性复合多孔膜及制备方法和应用

说明书

本发明提供了磺化聚芳醚化合物及制备方法、离子选择性复合多孔膜及制备方法和应用，属于功能材料技术领域。本发明提供的磺化聚芳醚化合物的主链带电，具有良好的离子选择性，将其与二维材料复合，通过抽滤以及静电纺丝制备得到具有非对称结构的离子选择性复合多孔膜，该离子选择性复合多孔膜的膜孔隙较大，水以及离子通量较高，具有典型的离子电流整流效应，可以实现高输出功率、高能量利用率和稳定的盐差发电。同时，所述离子选择性复合多孔膜中含有高分子材料磺化聚芳醚化合物，柔性较好，且具有聚芳醚材料良好的热稳定性、化学稳定性以及成膜性。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及磺化聚芳醚化合物及制备方法、离子选择性复合多孔膜及制备方法和应用。

背景技术

能源是经济发展的重要物质基础，也是提高人们生活水平的先决条件。但是大量化石燃料的使用，也造成了环境的污染和生态环境的破坏。因此，开发和利用清洁的可再生能源已成为当务之急。

盐差能是海水、淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。反向电渗析是将盐差能直接转化为电能的一种能量转换方式，而盐差发电装置中最核心的部件是离子选择性膜。

对离子选择性膜而言，离子选择性和跨膜通量是其关键属性。离子交换树脂由于其通量大、可再生使用、工作寿命长以及运行费用低等优点，是目前使用最广的离子选择性材料；但其离子选择性不强，限制了离子交换树脂的进一步应用。

二维材料是一类新兴的材料，其厚度在单原子层到几个原子层厚度之间。二维材料最为典型的代表是石墨烯，其具有规整的二维片层结构、优异的化学以及热力学稳定性。由于二维材料片层间距较小，与离子或水合离子尺度接近，因而具有非常理想的离子选择性。但其通量较低，限制了其进一步应用。

目前，有报道采用聚吡咯/氧化石墨烯复合薄膜作为盐差发电器件中的离子选择性膜，具体是通过真空抽滤将氧化石墨烯纳米片堆积成致密的氧化石墨烯薄膜，利用吡咯单体在所述氧化石墨烯薄膜一侧进行聚合，使得所述氧化石墨烯薄膜的一侧表面及层间沉积聚吡咯。还有报道将聚苯乙烯微球或二氧化硅微球的分散液滴涂于氧化铝多孔膜表面，使聚苯乙烯微球或二氧化硅微球分布在氧化铝多孔膜的表面。但是上述方法制备的复合膜材料仍存在水以及离子通量较低和离子选择性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磺化聚芳醚化合物及制备方法、离子选择性复合多孔膜及制备方法和应用，本发明提供的磺化聚芳醚化合物主链带电，将其与二维材料复合制备得到的具有非对称结构的离子选择性复合多孔膜，具有良好的离子选择性，且水以及离子通量较高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种磺化聚芳醚化合物，具有式I或式II所示结构：

式I和式II中，A独立地选自

B独立地选自

n/m为A与B的摩尔比值，且满足n+m＝1。

优选地，所述磺化聚芳醚化合物的比浓对数粘度为0.4～1.2，数均分子量为50～150kDa，分散性指数为1～1.5。

本发明提供了上述技术方案所述磺化聚芳醚化合物的制备方法，包括以下步骤：

将第一单体、第二单体、第三单体、有机溶剂、催化剂和带水剂混合，加热至带水剂回流温度进行除水处理，之后升高温度进行缩聚反应，得到聚芳醚化合物；

将所述聚芳醚化合物进行磺化，得到具有式I或式II所示结构的磺化聚芳醚化合物；

所述第一单体为

所述第二单体为

所述第三单体为所述X为卤素基团。