[发明专利]一种复合高温质子交换膜及其制备和应用

权利要求书

1.一种复合高温质子交换膜，其特征在于：所述复合高温质子交换膜为吸附有H₃PO₄的PBI-SiO₂复合膜，所述SiO₂为酸改性有序介孔SiO₂，其于复合膜中的质量含量为0.1％-30％，其中所述酸与有序化介孔SiO₂的质量比为0.001:1-0.2:1；

所述H₃PO₄于吸附H₃PO₄后的PBI-SiO₂复合高温质子交换膜中的质量含量为70％-98％。

2.如权利要求1所述复合高温质子交换膜，其特征在于：所述有序介孔SiO₂为M-41S、SBA-11、SBA-12、SBA-14、SBA-15、SBA-16、FDU-1、MCM-41、MCM-48和MCM-50中的一种，所述酸改性有序介孔SiO₂所使用的酸为磷酸或钼杂多酸或钨杂多酸中的一种或二种以上。

3.如权利要求1所述复合高温质子交换膜，其特征在于：所述功能化有序介孔SiO₂于所述复合膜中均匀分散，所述复合高温质子交换膜具有更高的保酸能力、保水能力和高温质子传导率以及良好的机械性能。

4.如权利要求1-3任一所述复合高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

1)酸改性化有序介孔SiO₂的制备：于单口瓶中加入有序介孔SiO₂、水和掺杂酸，将盛有混合溶液的单口瓶放入减压装置中，在表压为-0.1至-0.05MPa下静置0.3-1小时，然后在单口瓶上装好冷凝回流装置，并在20-100℃条件下恒温处理1-100小时，过滤、干燥、洗涤得酸改性有序介孔SiO₂；

2)PBI-SiO₂复合膜的制备：于质量分数为0.1-50wt％的PBI溶液中加入步骤(1)所得酸掺杂的酸改性有序介孔SiO₂并搅拌均匀得PBI-SiO₂混合铸膜液，将铸膜液铸膜在玻璃基底上，烘干后得PBI-SiO₂复合膜；

3)复合高温质子交换膜的制备：将步骤(2)所得PBI-SiO₂复合膜置于质量浓度为50-100wt％的磷酸中浸渍处理2小时以上，取出膜后烘干处理得H₃PO₄/(PBI-SiO₂)复合高温质子交换膜。

5.如权利要求4所述复合高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：

步骤(1)所述有序介孔SiO₂为M-41S、SBA-11、SBA-12、SBA-14、SBA-15、SBA-16、FDU-1、MCM-41、MCM-48和MCM-50中的一种；所述酸改性有序介孔SiO₂所掺杂酸为磷酸或钼杂多酸或钨杂多酸；

步骤(1)所述有序介孔SiO₂与水的质量比为1:10-1:25；水和掺杂酸的质量5：1-10：1；

步骤(1)所述恒温处理时间较好为10～50h，最好为24～48h。

6.如权利要求4所述复合高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：

步骤(2)中PBI溶液中的溶剂为极性溶剂，具体为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、多聚磷酸中的一种或两种以上的混合物；所述铸膜液中酸掺杂的酸改性有序介孔SiO₂于PBI溶液中的质量含量为0.0001-15wt％。

7.如权利要求4所述复合高温质子交换膜的制备方法，其特征在于：

步骤(2)所述铸膜方法为涂布法、流延法、旋涂法中的一种，烘干处理温度为0-250℃。