專利名稱：均相陰離子交換膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種均相陰離子交換膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
陰離子交換膜廣泛用于擴散滲析、電滲析、堿性燃料電池和化學(xué)傳感器等領(lǐng)域，其性能及制備方法一直受到理論界和工業(yè)界的關(guān)注。均相陰離子交換膜由于其自身結(jié)構(gòu)中固定的離子交換基團與主鏈通過化學(xué)鍵連接的特點，具有結(jié)構(gòu)均勻、電阻小和性能穩(wěn)定等優(yōu)點，使其在電滲析和燃料電池領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。荷蘭《膜科學(xué)與技術(shù)雜志》(Journalof Membrane Science, 2001,190,159-166)報道了聚苯醚改性制備陰離子交換膜的方法，首先通過溴甲基化使聚苯醚帶上溴甲基基 團，成膜后在三甲胺水溶液中浸泡48h，得到陰離子交換膜。荷蘭《電源雜志》(journalof power sources, 2009,193, 541-546)報道了帶酌·酞側(cè)基聚醚酮改性制備陰離子交換膜的方法，首先通過氯甲基化使帶酚酞側(cè)基聚醚酮帶上氯甲基基團，成膜后在三甲胺的水溶液中浸泡48h，得到陰離子交換膜。以上這些傳統(tǒng)的制備陰離子交換膜的方法，是對聚合物進(jìn)行鹵甲基化后得到基膜，再將基膜浸泡在三甲胺的水溶液中，通過三甲胺與齒甲基的季銨化反應(yīng)得到含有季銨基團的陰離子交換膜。值得注意的是，此處的季銨化反應(yīng)是在固態(tài)的基膜與液態(tài)的三甲胺水溶液之間發(fā)生的，是一種異相反應(yīng)。這種異相反應(yīng)存在如下幾個缺點一，所需要的用于浸泡基膜的三甲胺水溶液的用量很大，這浪費了原料，提高了成本；二，由于基膜在與三甲胺發(fā)生季銨化反應(yīng)之前已經(jīng)固化，所以在功能基團即季銨基團的引入過程中缺少疏水親水相分離的驅(qū)動力，無法在膜內(nèi)形成貫穿的離子通道，降低了最終所制備的陰離子交換膜的電化學(xué)性能，三，三甲胺是一種揮發(fā)性很大并且具有魚腥惡臭的氣體，它對人體的眼、鼻、咽喉和呼吸道都有強烈的刺激作用。四，三甲胺與鹵甲基反應(yīng)得到的季銨基團在堿性條件下不穩(wěn)定，會發(fā)生很大程度的降解。以上這些缺點都限制了上述方法所制備的陰離子交換膜的大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種均相陰離子交換膜及其制備方法，用以克服上述缺點。本發(fā)明提供一種均相陰離子交換膜的制備方法，所述方法包括以下步驟將鹵甲基化的芳香族高聚物溶解在有機溶劑中形成待反應(yīng)溶液；將所述待反應(yīng)溶液和苯并咪唑類功能小分子混合并且進(jìn)行親核取代反應(yīng)，以得到帶有荷正電的苯并咪唑類功能小分子側(cè)基的芳香族高聚物的鑄膜液；和將所述鑄膜液在基底上涂膜并且干燥，之后將基底移除，或者將所述鑄膜液在增強織物上涂膜并且干燥，從而得到均相陰離子交換膜。優(yōu)選地，所述鹵甲基化的芳香族高聚物為鹵甲基化的聚苯砜、聚醚砜、雙酚A聚砜、聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯醚、雜萘聯(lián)苯聚醚砜、雜萘聯(lián)苯聚醚砜、雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮、帶酚酞側(cè)基的聚芳醚酮、或帶酚酞側(cè)基的聚芳醚砜，它們由相應(yīng)的芳香族聚合物通過鹵甲基化得到，其中，含有鹵甲基基團的重復(fù)單元占所有重復(fù)單元的摩爾比稱為它們的鹵甲基化程度，以鹵甲基化的聚醚砜為例，它的結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.一種均相陰離子交換膜的制備方法，所述方法包括以下步驟 將鹵甲基化的芳香族高聚物溶解在有機溶劑中形成待反應(yīng)溶液； 將所述待反應(yīng)溶液和苯并咪唑類功能小分子混合并且進(jìn)行親核取代反應(yīng)，以得到帶有荷正電的苯并咪唑類功能小分子側(cè)基的芳香族高聚物的鑄膜液；和 將所述鑄膜液在基底上涂膜并且干燥，之后將基底移除，或者將所述鑄膜液在增強織物上涂膜并且干燥，從而得到均相陰離子交換膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述鹵甲基化的芳香族高聚物為鹵甲基化的聚苯砜、聚醚砜、雙酚A聚砜、聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯醚 、雜萘聯(lián)苯聚醚砜、雜萘聯(lián)苯聚醚砜、雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮、帶酚酞側(cè)基的聚芳醚酮、或帶酚酞側(cè)基的聚芳醚砜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述苯并咪唑類功能小分子具有由下式表示的結(jié)構(gòu)
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述有機溶劑為甲苯、氯苯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的任何一種或它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述芳香族高聚物的鹵甲基化程度為2Omo I % -IOOmol %。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述待反應(yīng)溶液的質(zhì)量體積濃度為l-50m/v%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述鹵甲基化的芳香族高聚物中所含的鹵甲基與苯并咪唑類功能小分子的摩爾比為I : 0.2 3。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于反應(yīng)溫度為0°C到130°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于反應(yīng)時間為l_48h。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述基底為聚四氟乙烯板、聚乙烯膜、玻璃板、鋁板或不銹鋼板。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述增強織物為聚乙烯布、聚丙烯布、錦綸布、滌綸布或尼龍布。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于通過流延、刮膜、噴灑、浸潰、流動或旋轉(zhuǎn)涂覆進(jìn)行涂膜。
13.一種均相陰離子交換膜，所述均相陰離子交換膜包括鑄膜層，其中所述鑄膜層由帶有荷正電的苯并咪唑類功能小分子側(cè)基的芳香族高聚物形成，所述帶有荷正電的苯并咪唑類功能小分子側(cè)基的芳香族高聚物是鹵甲基化的芳香族高聚物與苯并咪唑類功能小分子的親核取代反應(yīng)產(chǎn)物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的均相陰離子交換膜，其特征在于，所述鹵甲基化的芳香族高聚物為齒甲基化的聚苯砜、聚醚砜、雙酹A聚砜、聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯醚、雜萘聯(lián)苯聚醚砜、雜萘聯(lián)苯聚醚砜、雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮、帶酚酞側(cè)基的聚芳醚酮、或帶酚酞側(cè)基的聚芳醚砜。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的均相陰離子交換膜，其特征在于，所述荷正電的苯并咪唑類功能小分子側(cè)基具有由下式表示的結(jié)構(gòu)/I )-Rt\Rx ，其中R1是烷基，并且R2是H或者烷基。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的均相陰離子交換膜，其特征在于，所述均相陰離子交換膜還包括位于所述鑄膜層下面的增強織物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的均相陰離子交換膜，其特征在于所述增強織物為聚乙烯布、聚丙烯布、錦綸布、滌綸布或尼龍布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種均相陰離子交換膜及其制備方法。所述方法包括以下步驟將鹵甲基化的芳香族高聚物溶解在有機溶劑中形成待反應(yīng)溶液；將所述待反應(yīng)溶液和苯并咪唑類功能小分子混合并且進(jìn)行親核取代反應(yīng)，以得到帶有荷正電的苯并咪唑類功能小分子側(cè)基的芳香族高聚物的鑄膜液；和將所述鑄膜液在基底上涂膜并且干燥，之后將基底移除，或者將所述鑄膜液在增強織物上涂膜并且干燥，從而得到均相陰離子交換膜。
文檔編號B01J41/12GK102731811SQ201210205298
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者徐銅文, 林小城 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)