[发明专利]两亲性醇类自组装诱导磺化聚苯并咪唑离子交换复合膜及制备方法

说明书

本发明属于离子交换膜技术领域，具体公开了一种两亲性醇类自组装诱导磺化聚苯并咪唑离子交换复合膜及制备方法，形成所述两亲性醇类自组装诱导磺化聚苯并咪唑离子交换复合膜具有磺化聚苯并咪唑单元和小分子醇单元；本发明通过将醇类小分子引入到磺化聚苯并咪唑基质中，醇类小分子与磺化聚苯并咪唑之间的氢键和疏水作用诱导形成了基于微相分离的离子传输纳米通道，实现了质子与铁铬离子的高度筛选。制备所得的两亲性醇类自组装诱导磺化聚苯并咪唑离子交换复合膜具有高质子传导率、高离子选择性和高稳定性，可应用于铁铬液流电池。

技术领域

本发明属于离子交换膜技术领域，特别涉及一种两亲性醇类自组装诱导磺化聚苯并咪唑离子交换复合膜及制备方法。

背景技术

磺化芳香型聚合物作为一种新型非氟磺化芳香型质子交换膜材料，在近几年的研究中备受关注。磺化聚苯并咪唑作为磺化芳香型聚合物的一个代表，被认为是最有可能替代Nafion膜的新材料。磺化聚苯并咪唑不仅继承了PEEK自身良好的热稳定性和机械稳定性，而且合成工艺简单、成本低廉，易于满足大规模工业化生产的要求，作为质子交换膜材料有着极大的应用前景。磺化聚苯并咪唑膜在高磺化度下具有类似Nafion膜的亲/疏水相分离结构，质子传导率可以和Nafion膜相媲美，甚至高于Nafion膜。但高磺化度磺化聚苯并咪唑膜具有较高的吸水能力，会使膜发生过度溶胀行为，甚至溶解，导致膜的尺寸稳定性和机械稳定性显著下降，钒离子渗透严重。而低磺化度磺化聚苯并咪唑膜中亲/疏水相分离程度较小，在膜内形成的亲水质子传输通道狭窄，且分叉多，并存在许多死端，截止质子在膜内的传输，导致磺化聚苯并咪唑膜的质子传导能力较低，无法满足在铁铬液流电池中的使用要求。因此，单一组份磺化聚苯并咪唑膜在铁铬液流电池应用中存在的最大问题就是高质子传导率和铁铬离子渗透率不能兼得，这也是磺化芳香型聚合物质子交换膜存在的共性问题。

公开号为CN105131289A公开了一种新型磺化聚苯并咪唑共聚物、交联膜、制备方法及其应用，其中以芳香四胺、芳香二羧酸及氨基苯二甲酸溶解在多聚磷酸先形成含侧氨基聚苯并咪唑共聚物，再进行磺化得到含侧氨基磺化聚苯并咪唑共聚物，其反应过程繁杂，且含侧氨基磺化聚苯并咪唑共聚物虽然已经高度磺化，使得液流电池具有较好的能量效率和库伦效率，但仍然无法改善质子传导率与铁铬离子渗透率之间的平衡问题。

因此，如何以何种物质与磺化聚苯并咪唑膜实现高质子传导率和低铁铬离子渗透率是需要解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术中低磺化度磺化聚苯并咪唑膜中亲/疏水相分离程度小从而导致磺化聚苯并咪唑膜的质子传导能力较低，无法满足在铁铬液流电池中的使用要求的问题。本发明公开了一种两亲性醇类自组装诱导磺化聚苯并咪唑离子交换复合膜的制备方法，

形成所述两亲性醇类自组装诱导磺化聚苯并咪唑离子交换复合膜具有磺化聚苯并咪唑单元和小分子醇单元；

所述制备方法包括以下步骤：

以聚苯并咪唑溶和浓硫酸为反应物制备磺化聚苯并咪唑；

将制备好的磺化聚苯并咪唑溶于二甲基亚砜中，得到混合液，在所述混合液中加入醇类小分子搅拌形成均一透明的铸膜液；

将所述铸膜液浇铸成膜，干燥后浸泡于稀盐酸溶液中，洗涤至中性后，得两亲性醇类自组装诱导磺化聚苯并咪唑离子交换复合膜。

进一步地，其特征在于，

所述磺化聚苯并咪唑单元的结构式如下：

进一步地，所述醇类小分子包括甲醇、正丙醇和正丁醇。

进一步地，所述磺化聚苯并咪唑与二甲基亚砜的w/v为3～7％；

所述磺化聚苯并咪唑和醇类小分子的质量比为95:5～80:20。

进一步地，制备磺化聚苯并咪唑的步骤如下：