[发明专利]杂环季铵盐功能化的全氟阴离子交换树脂、其制备方法和具有其的离子交换膜

权利要求书

1.一种杂环季铵盐功能化的全氟阴离子交换树脂，其特征在于，所述杂环季铵盐功能化的全氟阴离子交换树脂具有以下结构式I所示结构：

其中，x为0～3之间的整数，y为0～3之间的整数，m:n＝3～5:1；R具有以下结构式II所示的结构或者结构式III所示的结构：

其中，*为基团的结合位置；所述结构式II中，a为1～6之间的整数，b为0～3之间的整数；所述结构式III中c为1～6之间的整数；所述结构式II和所述结构式III中的W为C₆～C₁₈的直链烷基、C₆～C₂₄的支链烷基、C₁₂～C₂₄的芳烷基、C₆～C₁₈的醚基中的任意一种，R₁各自独立地为H或者C₁～C₁₀的烷基中的任意一种。

2.根据权利要求1所述的杂环季铵盐功能化的全氟阴离子交换树脂，其特征在于，所述x为0～2之间的整数，所述y为0～2之间的整数；

和/或，所述a为2～4之间的整数，所述b为0～2之间的整数，所述c为2～4之间的整数；

和/或，所述W为C₁₂～C₁₈的直链烷基、C₁₂～C₁₈的支链烷基、C₁₆～C₂₄的芳烷基、C₁₂～C₁₈的醚基中的任意一种；

和/或，所述R₁各自独立的为H。

3.一种权利要求1或2所述的杂环季铵盐功能化的全氟阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

步骤S1，使全氟磺酰氟树脂与二胺进行亲核取代反应，得到全氟磺酰胺树脂，其中，所述全氟磺酰氟树脂具有以下结构式Ⅳ所示结构，所述二胺具有以下结构式Ⅴ或者Ⅵ所示结构；

步骤S2，将二卤取代烃与N-甲基哌啶类化合物进行门秀金反应，得到含卤杂环季铵盐，所述含卤杂环季铵盐的结构为结构式Ⅶ所示的结构，

所述结构式Ⅶ中，A为F、Cl、Br、I；

步骤S3，将所述全氟磺酰胺树脂与所述含卤杂环季铵盐进行接枝反应，得到所述全氟阴离子交换树脂；

其中，所述步骤S1和所述步骤S2在时间上不分先后。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1在第一有机溶剂中进行，所述步骤S3在第二有机溶剂中进行，所述第一有机溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、乙酸乙酯中的任意一种或多种；

和/或，所述第二有机溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇、二甲基亚砜、乙酸乙酯中的任意一种或者多种。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1和/或所述步骤S3中加入缚酸剂，优选步骤S1和/或所述步骤S3中的所述缚酸剂各自独立的为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铯、氢化锂、氢化钠中的任意一种或多种。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述二胺与所述全氟磺酰氟树脂中的磺酰氟基团的摩尔比大于等于5:1，优选摩尔比为8:1～12:1，优选所述全氟磺酰氟树脂为颗粒。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的亲核取代反应的反应温度为30～120℃，反应时间为12～48小时。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述含卤杂环季铵盐与所述全氟磺酰胺树脂中的-NH₂基团的摩尔比大于2:1，优选摩尔比为5:1～12:1。