[发明专利]高季铵含量的交联型聚砜阴离子交换膜及其制备方法

说明书

本发明公开了高季铵含量的交联型聚砜阴离子交换膜及其的制备方法，具体为：首先，利用氯甲基化聚砜和3‑N,N二甲氨基丙胺制备季铵化聚砜；利用季铵化聚砜和2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵进行反应，将得到的侧链高季铵含量的线型聚砜膜材溶于二甲基亚砜中，加入戊二醛和浓硫酸进行反应，干燥，脱膜，洗涤，最后将得到的高季铵含量的交联型聚砜膜材置于NaOH溶液中，即可。本发明方法制备的交联型聚砜阴离子交换膜，大幅度提高了阴离子交换膜的离子交换容量和离子传导率，由于季铵基团远离聚砜主链，降低了聚砜主链的吸水溶胀率，提高了尺寸稳定性。

技术领域

本发明属于碱性燃料电池阴离子交换膜制备技术领域，具体涉及高季铵含量的交联型聚砜阴离子交换膜，还涉及该交联型聚砜阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

燃料电池是洁净、高效的新型能源物质，能高效率的将物质化学能转化为电能，且在工作过程中只产生水和少量二氧化碳，具有很好的发展前途。作为第一个实用化的燃料电池，碱性燃料电池使用非铂金属作为催化剂，具有成本低、电极反应速度快和一氧化碳耐受性强等优点。作为其核心部件之一，阴离子交换膜为OH^-的传导提供一个通道，同时能有效隔绝燃料气和氧气。

高性能的燃料电池很大程度上取决于高性能阴离子交换膜的开发，当前，高性能阴离子交换膜的开发面临氢氧根离子传导率、尺寸稳定性和耐碱性难以平衡的突出难题，为了获得高的传导率就要牺牲尺寸稳定性和耐碱性，这将会严重影响了燃料电池的使用寿命。聚砜(PS)是一种主链含有砜基的高性能聚合物，具有优越的抗氧化稳定性、耐热性、耐酸碱腐蚀性等，以PS作为基础材料，在侧链引出链段，键合季铵基团制备一种具有较高季铵基团的季铵化聚砜，同时通过化学交联反应形成一种具有三维网状结构的高季铵含量的聚砜阴离子交换膜，其具有高离子传导率和尺寸稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供高季铵含量的交联型聚砜阴离子交换膜，解决了传统阴离子交换膜在高质子传导率下尺寸稳定性和耐碱性差的问题。

本发明的另一目的在于提供上述交联型聚砜阴离子交换膜的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，高季铵含量的交联型聚砜阴离子交换膜，其结构式为：

本发明所采用的另一技术方案是，高季铵含量的交联型聚砜阴离子交换膜的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，制备氯甲基化聚砜；

步骤2，制备末端含有氨基的季铵化聚砜；

步骤3，制备侧链高季铵含量的线型聚砜膜材；

步骤4，制备高季铵含量的交联型聚砜膜材；

步骤5，将交联型聚砜膜材置于1mol/L的NaOH溶液中浸渍24小时，得到高季铵含量的交联型聚砜阴离子交换膜。

本发明的特点还在于，

步骤1中，具体为：

将PS溶解在二氯甲烷中，待其溶解后加入催化剂SnCl₄，同时用滴液漏斗滴1,4-二氯甲氧基丁烷，在40-60℃的条件下反应24-36h，之后向反应混合液中加入2-4mol/L的稀盐酸，再加入沉淀剂沉淀出产物，静置、分离、洗涤、干燥，得到氯甲基化聚砜。

步骤2中，具体为：将氯甲基化聚砜溶解在DMF中，之后加入3-N,N二甲氨基丙胺，在室温下反应24h，反应结束后加入异丙醇沉淀剂进行沉淀，离心、洗涤和干燥，得到季铵化聚砜；

氯甲基化聚砜、DMF和3-N,N二甲氨基丙胺的质量比为1：50：1.6。