一种聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法，属于离子交换膜技术领域。所述聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法包括以下步骤：向聚苯并咪唑溶液中添加环氧季铵盐；将反应后的混合溶液倒入低沸点溶剂中析出沉淀产物；将沉淀产物进行抽滤、洗涤，反复多次后烘干，得到季铵化聚苯并咪唑粉末，并制备季铵化聚苯并咪唑铸膜液；得到氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜；将氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜浸泡于碱液中进行碱化处理，得到氢氧根离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜。本发明专利技术聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法反应条件温和，具有高的离子电导率以及好的化学稳定性，可应用于碱性膜燃料电池。

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法
本专利技术涉及离子交换膜
，特别涉及一种聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法。
技术介绍
碱性膜燃料电池(AEMFC)是近年发展起来的一类新型燃料电池，它在碱性环境下工作，具有阴极反应动力快，可使用非铂催化剂的优点。目前，发展AEMFC的关键在于阴离子交换膜(AEM)的开发。与质子交换膜类似，AEM同样由聚合物骨架和离子传导基团两个基本部分构成。聚苯并咪唑(PBI)是一类机械性能与化学性能优良的高分子化合物，可用于制备高温质子交换膜并经受长期的高温运行环境，因此以其制备的AEM可能表现出较大的竞争优势。现有技术中的PBI类AEM的研究还相对较少，这类AEM的制备方法主要包括以下两种：1，氢氧化钾掺杂，其以液态氢氧化钾为离子传导载体，它在电池运行过程中不仅容易泄露，导致膜的离子电导率下降，同时还会和空气中的二氧化碳反应生成碳酸盐，在电极中沉积并造成赌赛效应，最终降低电池性能；2，主链咪唑的阳离子化，其则需要涉及危险化学品的使用以及严苛的反应条件控制，操作复杂，并且得到的咪唑类阳离子表现出较低的离子电导率。
技术实现思路
本专利技术提供一种聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法，解决了或部分解决了现有技术中聚苯并咪唑类的AEM的制备方法反应条件复杂，不易操控，离子电导率以及化学稳定性差的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法包括以下步骤：制备聚苯并咪唑溶液；向所述聚苯并咪唑溶液中添加环氧季铵盐，并进行搅拌反应得到混合溶液；将反应后的所述混合溶液倒入低沸点溶剂中析出沉淀产物；将所述沉淀产物进行抽滤、洗涤，反复多次后烘干，得到季铵化聚苯并咪唑粉末，并制备季铵化聚苯并咪唑铸膜液；将所述季铵化聚苯并咪唑铸膜液进行蒸发溶剂成膜，得到氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜；将所述氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜浸泡于碱液中进行碱化处理，得到氢氧根离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜。进一步地，所述聚苯并咪唑的分子结构：其中，R1是中的一种；所述环氧季铵盐的分子结构：其中，R2是中的一种，R3为碳原子数等于1-12的烷基。进一步地，所述制备聚苯并咪唑溶液包括：将聚苯并咪唑粉末加入DMSO溶剂、DMAc溶剂、DMF溶剂或NMP溶剂中的一种，得到所述聚苯并咪唑溶液，所述聚苯并咪唑溶液中聚合物的质量分数为1％-10％。进一步地，所述向聚苯并咪唑溶液中添加环氧季铵盐，并进行搅拌反应得到混合溶液包括：所述聚苯并咪唑的链节与所述环氧季铵盐的摩尔比为1:0.5-1:5，反应温度为50-100℃，反应时间为1-12h。进一步地，所述季铵化聚苯并咪唑的分子结构：其中，R2是中的一种，R3为碳原子数等于1-12的烷基。进一步地，所述低沸点溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或乙醚中的一种，所述低沸点溶剂的体积与所述混合溶液的体积比为10:1-100:1。进一步地，所述将沉淀产物进行抽滤、洗涤，反复多次后烘干包括：对所述沉淀产物进行洗涤的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或乙醚的一种；对所述沉淀产物进行抽滤与洗涤重复的次数为5-10次；对所述沉淀产物的烘干的温度为50-80℃，烘干的气氛为空气，烘干的时间为8-24h。进一步地，所述制备季铵化聚苯并咪唑铸膜液包括：将所述季铵化聚苯并咪唑粉末加入DMSO溶剂、DMAc溶剂、DMF溶剂或NMP溶剂中的一种，得到季铵化聚苯并咪唑铸膜液；所述季铵化聚苯并咪唑铸膜液中聚合物的质量分数为1％-10％。进一步地，所述将季铵化聚苯并咪唑铸膜液进行蒸发溶剂成膜包括：蒸发溶剂的温度为50-100℃，蒸发时间为24-72h，蒸发气氛为空气。进一步地，所述将氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜浸泡于碱液中进行碱化处理包括：所述碱液为NaOH或KOH的一种，所述碱液的浓度为1-5mol/L；浸泡温度为20-50℃，浸泡时间为24-72h。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：由于制备聚苯并咪唑溶液，向聚苯并咪唑溶液中添加环氧季铵盐，并进行搅拌反应得到混合溶液，将反应后的混合溶液倒入低沸点溶剂中析出沉淀产物，将沉淀产物进行抽滤、洗涤，反复多次后烘干，得到季铵化聚苯并咪唑粉末，并制备季铵化聚苯并咪唑铸膜液，所以，利用聚苯并咪唑和环氧季铵盐的开环反应，直接在聚苯并咪唑侧链一步接枝季铵类离子传导基团，直接对聚苯并咪唑进行季铵化改性，反应条件温和，简单快速，易于操控，同时避免了氯甲基化试剂以及叔胺试剂的使用，环境友好，季铵化过程高效可控，由于将季铵化聚苯并咪唑铸膜液进行蒸发溶剂成膜，得到氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜，将氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜浸泡于碱液中进行碱化处理，得到氢氧根离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜，所以，制得的聚苯并咪唑阴离子交换膜具有优良的溶解性能、离子传导性能、机械性能以及化学稳定性，可应用于碱性膜燃料电池。附图说明图1为本专利技术实施例提供的聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的使用方法五制备的聚苯并咪唑阴离子交换膜的核磁谱图；图3为本专利技术实施例提供的使用方法六制备的聚苯并咪唑阴离子交换膜的核磁谱图；图4为本专利技术实施例提供的使用方法六制备的氯离子形式以及氢氧根离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜的离子电导率图。具体实施方式参见图1，本专利技术实施例提供的一种聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法包括以下步骤：步骤1，制备聚苯并咪唑溶液。步骤2，向聚苯并咪唑溶液中添加环氧季铵盐，并进行搅拌反应得到混合溶液。步骤3，将反应后的混合溶液倒入低沸点溶剂中析出沉淀产物。步骤4，将沉淀产物进行抽滤、洗涤，反复多次后烘干，得到季铵化聚苯并咪唑粉末，并制备季铵化聚苯并咪唑铸膜液。步骤5，将季铵化聚苯并咪唑铸膜液进行蒸发溶剂成膜，得到氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜。步骤6，将氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜浸泡于碱液中进行碱化处理，得到氢氧根离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜。本申请具体实施方式由于制备聚苯并咪唑溶液，向聚苯并咪唑溶液中添加环氧季铵盐，并进行搅拌反应得到混合溶液，将反应后的混合溶液倒入低沸点溶剂中析出沉淀产物，将沉淀产物进行抽滤、洗涤，反复多次后烘干，得到季铵化聚苯并咪唑粉末，并制备季铵化聚苯并咪唑铸膜液，所以，利用聚苯并咪唑和环氧季铵盐的开环反应，直接在聚苯并咪唑侧链一步接枝季铵类离子传导基团，直接对聚苯并咪唑进行季铵化改性，反应条件温和，简单快速，易于操控，同时避免了氯甲基化试剂以及叔胺试剂的使用，环境友好，季铵化过程高效可控，由于将季铵化聚苯并咪唑铸膜液进行蒸发溶剂成膜，得到氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜，将氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜浸泡于碱液中进行碱化处理，得到氢氧根离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜，所以，制得的聚苯并咪唑阴离子交换膜具有优良的溶解性能、离子传导性能、机械性能以及化学稳定性，可应用于碱性膜燃料电池。详细介绍步骤1。聚苯并咪唑的分子结构：其中，R1是中的一种。制备聚苯并咪唑溶液包括：将聚苯并咪唑粉末加入DMSO(Dimethylsulfoxide，二甲基亚砜)溶剂、DMAc(N,N-Dimethylacetamide，N，N-二甲基乙酰胺)溶剂、DMF(N,N-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备聚苯并咪唑溶液；向所述聚苯并咪唑溶液中添加环氧季铵盐，并进行搅拌反应得到混合溶液；将反应后的所述混合溶液倒入低沸点溶剂中析出沉淀产物；将所述沉淀产物进行抽滤、洗涤，反复多次后烘干，得到季铵化聚苯并咪唑粉末，并制备季铵化聚苯并咪唑铸膜液；将所述季铵化聚苯并咪唑铸膜液进行蒸发溶剂成膜，得到氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜；将所述氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜浸泡于碱液中进行碱化处理，得到氢氧根离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯并咪唑类阴离子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备聚苯并咪唑溶液；向所述聚苯并咪唑溶液中添加环氧季铵盐，并进行搅拌反应得到混合溶液；将反应后的所述混合溶液倒入低沸点溶剂中析出沉淀产物；将所述沉淀产物进行抽滤、洗涤，反复多次后烘干，得到季铵化聚苯并咪唑粉末，并制备季铵化聚苯并咪唑铸膜液；将所述季铵化聚苯并咪唑铸膜液进行蒸发溶剂成膜，得到氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜；将所述氯离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜浸泡于碱液中进行碱化处理，得到氢氧根离子形式的聚苯并咪唑阴离子交换膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚苯并咪唑的分子结构：其中，R1是中的一种；所述环氧季铵盐的分子结构：其中，R2是中的一种，R3为碳原子数等于1-12的烷基。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备聚苯并咪唑溶液包括：将聚苯并咪唑粉末加入DMSO溶剂、DMAc溶剂、DM溶剂F或NMP溶剂中的一种，得到所述聚苯并咪唑溶液，所述聚苯并咪唑溶液中聚合物的质量分数为1％-10％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述向聚苯并咪唑溶液中添加环氧季铵盐，并进行搅拌反应得到混合溶液包括：所述聚苯并咪唑的链节与所述环氧季铵盐的摩尔比为1:0.5-1:5，反应温度为50-100℃，反应时间为1-12h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述季...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁望婷，李雯慧，魏锋，程坤，周幼华，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42